В поисках новых приключений в жизни зимой 2021 года перебрался из столицы в Сириус, за успехом с талантом, так сказать. Где уже пару лет строили с семьёй домик на горе. Дом получился почти "grid-off". О его устройстве и пойдет речь в данной воскресной статье.

О доме

Дом находится на юге России, вблизи моря, по этой причине проблемы с морозами обошли его стороной. Однако не обошли проблемы с местным колоритом. В этой статье я расскажу, как построили энергоэффективный и самодостаточный умный дом. Как он мне экономит деньги, балует фруктами и в то же время пригодный для круглогодичного проживания.

Начало

Особенностью местоположения дома стала приватизированная в начале 90-х гора (база отдыха по документам) не столь далеко от моря, но на высоте 100 метров над уровнем моря. Цивилизация на моей улице заканчивается, дальше только лес с медведями. В последующем холмистый рельеф базы отдыха слегка отсыпали, разровняли и сделали дорогу. Ну а дальше порезали на участки и продали их.

Из нюансов местоположения следующее: на улице частная канализация, частный водопровод, чудом «Россети» провели всё же свои провода (о качестве напряжения позже). И на этом на момент начала строительства, собственно, и всё.

Что значит «частное» — то, что за коммуникациями стоит ряд ООО, которые вправе задавать абсолютно любой ценник на подключение к их инфраструктуре, а в последние пару лет и вовсе не подключают по причине износа и перегрузки коммуникаций. И по итогу подключить воду и канализацию дома стоило бы половину стоимости его постройки. По объективным причинам мы отказались. Казалось бы, можно пробурить скважину, но тут возникает снова пара ограничений: 1) на разрешённой глубине воды нет; 2) за артезианскую скважину нужно будет также платить. И регистрировать (еще платить).

Побывав на ферме и посмотрев на различные системы в Австралии, пришло в голову решение — сделать дом самодостаточным. То есть не просто энергоэффективным, а полноценно обеспечивающим себя же ресурсами. Звучит как фантастика, но на практике оказалось реальностью.

Часть 1. Водоснабжение

Так как район субтропический, дожди тут не редкость, тем более сильные. Мало производств вокруг, поэтому воздух чистый, морской — отличные условия для сбора дождевой воды с крыш. Плюс от солнца также надо всячески укрываться. Решено было помимо дома сделать несколько навесов из профлиста, пригодных для сбора дождевой воды.

На самом деле собирать дождевую воду для нужд дома — это не новинка, в Австралии, вдали от океана так живет немало людей, есть даже вполне «рыночные» решения для водоподготовки такой воды. Весь вопрос лишь в том, как ее накапливать и хранить.

Чтобы перенять опыт, решено было в первую очередь сделать прототип. Прототип системы собрал в бане, его состав:

1. Воронка сбора дождевой воды на крыше дома

2. Бочка на 500 л в предбаннике, подключенная к воронке через промывной фильтр

3. Насосная станция с рессивером на 2 литра

4. Фильтры 10SL (механика, угольный, якобы антибактериальный)

И как часто бывает — прототип сделал не зря, он показал очень много слабых мест системы, о которых я поначалу не догадывался. В первую очередь — вода застаивалась, если нет расхода, даже несмотря на темное и прохладное место. Входной фильтр часто забивался грязью, воронка забивалась листьями, а воду приходилось хлорировать. Дополнительно супруга часто замечала сухость в руках, однако мыть голову дождевой водой ей, наоборот, нравится.

Из данного опыта для хранения воды я поределил для себя следующие требования:

1. Хранить воду лучше всего в небольших объемах, обеспечив её циркуляцию, в закрытых от солнечного света и жары помещениях,

2. Обязательно наличие вентиляции, чтобы убирать лишнюю влагу, предотвратить образование плесени,

3. В случае использования озонатора воды (как у меня) — принудительная вентиляция,

4. Удобный доступ к емкостям для хлорирования,

5. Возможность отключить, вынуть, промыть каждую емкость,

6. Разные точки забора и подачи воды (так осадок остается лишь в некоторых емкостях),

7. Хранить объем не более чем на 1 месяц, так как даже с циркуляцией вода может зацвести,

8. Каждый водозаборник надо оснастить сеткой от мелкого мусора, которая бы самоочищалась потоком воды,

9. Фильтрация воды на входе, хотя бы 150 мкм дисковым фильтром.

Для полноценной системы я использовал подвал дома — в нем относительно стабильная температура летом, не поступает солнечный свет, есть вентиляция и заведено электричество. А также без проблем подводятся трубы от любого водостока с крыши дома и навесов.

Из чего состоит система накопления воды для дома:

1. Емкости для воды в расчёте на 2–3 недели. В моем случае это 14 бочек по 350 литров (такой объем выбран из-за ограничения прохода в подвал) из пищевого полиэтилена, соединённых в одну цепь,

2. Системы озонирования воды. Для нее я использовал генератор озона и емкость из ПНВД (устойчивую к озону). В ней вода химически окисляется перед фильтрацией, это очень важный этап для обработки потенциально грязной дождевой воды. После окисления взвесь в воде образует крупные хлопья, которые отлично задерживает фильтр,

3. Системы фильтрации: механика + угольный фильтр. При частом обслуживании — это одна из самых эффективных систем для удаления всех возможных примесей и тяжёлых металлов,

4. УФ-лампа для обеззараживания воды — чтобы гарантировать безопасность воды, добавил УФ-облучение, благодаря ему бактерии и вирусы перестают делиться и вода становится безопасной,

5. Насосная станция с «интеллектуальным» блоком управления (защищает от сухого хода, обрыва водопровода, открытого крана более чем на пол часа и достаточно точно настраивается давление срабатывания), тремя ресиверами, установленными вблизи потребителей воды,

6. Система циркуляции воды. Установил управляемый электромагнитный клапан, который раз в сутки «гоняет» воду в системе. То есть сливает очищенную воду обратно в бочки. Это нужно для качественной работы всей системы, чтобы вода не застаивалась, а регулярно обновлялась. Срабатывает он утром, перед тем как все домашние просыпаются. Таким образом во всех гидроаккумуляторах всегда свежая вода, без запаха резины,

7. Система наполнения емкостей. Для нее установлены поплавковые клапаны и фильтры механической очистки (дисковый 150 мкм и 10SL на 50 мкм) — чтобы первичная крупная грязь не попадала в бочки. Наполнение идет от нескольких водоприемных воронок с крыш и навесов, а также есть возможность подключения водовозок (выручает в летние жаркие дни),

Летом все живет, даже в фильтре.

По мере загрязнения входной фильтр приходится менять. Иногда его хватате на неделю, иногда на пару месяцев.

8. Водозаборные воронки на уровне 1-го этажа, обеспечивающие забор воды от ливневой системы с должным напором и самопрочисткой, а так-же сетка на водостоках,

9. Шкаф управления. В данном случае получился реально шкаф, который отвечает за следующий функционал:

• Управление насосом,

• Управление озонатором и принудительной вентиляцией, которая необходима при озонировании,

• Управление и контроль за УФ-лампой,

• Сигнализация с аппаратным датчиком низкого уровня воды, который отключает систему и уведомляет о необходимости её пополнения,

• Ультразвуковой Wi-Fi датчик уровня воды,

• Wi-Fi датчик влажности для включения вентиляции в летний сезон (настроена на работу ночью, когда на улице влажность падает).

Дождевой воды не хватает только в засушливые летние сезоны, когда дождей нет более месяца. В остальное время проблем с водой нет, хотя потребление в месяц у моей семьи 7–10 м3. Летом стараемся уехать в другие регионы страны, так как жить при +33 не то же самое, что отдыхать))) Но даже если нужно будет — водовоз на 5 м3 без проблем наполняет нужные емкости.

Дополнительно стоит отметить, что замена фильтров в системе — ежемесячная процедура, поэтому и выбрал 10BB — они получаются дешевле, чем 20BB. По анализу воды не нашёл никаких вредных, тяжелых металлов и пр. Поэтому установлены: механика 20МКМ и угольный фильтр. В идеале добавить минерализатор, так как от дождевой воды сохнет кожа, но пока спасает состав для аквариума (стимулятор роста ракообразных) — его раз в квартал добавляю в емкости. Летом дополнительно хлорирую воду, в прохладное время года это становится не актуальным, озонатор и УФ-лампа отлично отрабатывают все загрязнения в воде.

Естественно, что на данной воде мы не готовим и не пьем её — тут приходится тратиться на водоматы, приобретать очищенную водопроводную воду. Но в целом не великие затраты, сопоставимы со стоимостью фильтров "под мойку". Для остальных нужд дождевая вода подходит идеально, например:

● Отложений в бойлерах нет, хотя они в работе уже 4-й год,

● Стиральная машина отлично работает, а белье значительно мягче, чем после стирки обычной водопроводной водой,

● Посудомоечная машина не оставляет следов капель воды на бокалах, кондиционер не используем, обычные детские таблетки.

Водоотведение

Тут всё классически для дачников — локальные очистные сооружения с компрессором, запитанные через умную розетку. Слив очищенной воды происходит через систему полива сада.

У системы два контура — летний и зимний, летом в основном поливаются ягоды и фруктовые деревья (исключительно под корень через щебеночный дренаж), зимний используется в дождливую погоду, вода сбрасывается под деревья и бананы на склоне участка, когда излишний полив может навредить растениям летнего контура.

Электричество

Изначально подключение к электричеству не задалось, и мы не успели подключить 15КВт за 550 руб. Но даже за деньги нас подключали очень долго (6 месяцев, хотя провода вдоль участка), и выдали 5КВт (нужна была одна фаза). Конечно, на дом это мало, но повысить мощность можно через хороший такой платёж в обновление инфраструктуры поставщика… Плюс напряжение в сети летом «болтается» в районе 185 вольт. Благо счётчик двухтарифный, и стоимость электроэнергии ночью значительно ниже, чем днём.

Решено было использовать сеть лишь как второстепенный источник электричества, а первичным будет солнечная электростанция. Для моего региона использование солнечной энергии, как показала практика, очень эффективно. Однако, мало где вижу солнечные панели.

Изначально технологию отработал на небольшой системе — на 24В и 2КВт мощности, от неё на сегодняшней день питается баня, освещение и видеонаблюдение и оборудование бассейна. Честно говоря, я очень рад, что сначала попробовал на маленькой, а потом строил основную… Столько шишек бы на основной было бы больно)

Мой опыт с солнечными панелями в Сочи:

1. Выработка скачет, очень сильно скачет — небольшое облако и -50%, туча -90%, потребление тоже совсем не линейное. Ввиду этого посчитать «эффективность» очень сложно, зато АКБ не сладко.

2. Ресурс современных гелевых АКБ в автономной системе (а у меня на тот момент не было подпитки от сети) — очень мал. 2 года — и вам предстоит утилизировать несколько килограммов свинца. А если они еще и компенсируют скачки солнца при постоянной нагрузке — то их ресурс еще быстрее уходит.

3. Направление и тип солнечных панелей важен. Если у вас основная часть, как у меня, — на восток, то это идеально для жаворонков) Всю готовку и стирку мы планируем на утро, когда выработка максимальна. Если больше солнца — то лучше монокристаличесике, если часто летают облака — то на поликристалических выработка чуть больше. Но в любом случае решает цена/мощность.

В качестве основной солнечной системы было выбрано совершенно иное оборудование:

1. В роли преобразователя выбрал гибридный инвертор с режимом «подмеса». Инвертор изначально рассчитывался на полную мощность дома (10КВт), однако, многие более бюджетные модели имеют возможность параллельного включения, что позволило мне использовать 5КВт модель с одной АКБ. Его особенностью является возможность добавление солнечной энергии к сетевой. Работает даже без АКБ, хотя к данной модели и АКБ можно и нужно будет подключить.

2. АКБ — пока что не использую, но планирую собрать гибридную буфферно-цикличную батарею на элементах LTO + LiFePo4. По моим прикидкам она позволит использвоать скачки выработки для перекрытия потребления из сети, в тоже время основные LiFePo4 будут уходить исключительно в вечернее время, когда выработки нет, а тариф электроэнергии все еще дорогой.

3. Солнечные панели. Поликристал 2-х метровый, оптимальный из соотношения цена/мощность, у меня площадь позволила установить 8 панелей по 360 ватт. И в перспективе еще 8 шт. установлю на второй инвертор.

4. Сетевой стабилизатор напряжения. В моем случае он необходим, причем инверторного типа, и лучше ставить после солнечного инвертора, так они не будут конфликтовать между собой, а внутреннее потребление стабилизатора ляжет на солнечную генерацию. Таким образом качество напряжения в доме будет идеальным.

5. Резерв — так как свет иногда отключают — обычный бензиновый генератор на 3.5Квт, который позволит подзарядить АКБ в темные времена. У меня обычный, не инверторный, но это не имеет значения — заряд АКБ идёт от любого, а инверторный стабилизатор фильтрует любые импульсы.

6. Реле напряжения на вводе. В моем случае еще и с измерением мощности. Такая защита должна стоять в каждом доме или квартире, но в данном случае она еще и позволяет не превысить лимит счетчика по потреблению в 5КВт, отключив некоторые приборы, но об этом позже.

Интернет

Естественно, умный дом без интернета — будет неудобным. Пробовал сначала 4G, но в виду текущих событий он часто отсутствует. Благо у местного оператора весьма лояльные условия подключения на оптику, отличные тарифы и белый IP. Ну что еще для счастья надо?) Кинул Wi-Fi mesh на весь дом на две сети (обычную и IoT), mikrotik на входе и вопрос закрыт.

Отопление и охлаждение

Холода в Сочи редкость, в основном это февраль-март, когда ночная температура около 0 градусов. Поэтому отопления в домах зачастую нет, большинство включают кондиционер на обогрев, без которых в Сочи летом жить просто невозможно. В моем случае на первом этаже еще установлен теплый пол, а под окнами установлены маломощные плинтусные обогреватели — они отлично спасают от конденсата. Ну и в качестве резерва и романтики — дровяной камин.

Дополнительно, конденсат кондиционеров также заведен в систему водоснабжения (привет МКС). Кажется ерунда, а по 10 литров воды с каждой сплит-системы ежедневно поступает, а это почти куб за месяц с трех систем. Чем не дополнительный источник воды)

Нагрев воды

Для горячей воды в доме установлены две системы, первая — это гелиотермальная, состоящая из бойлера и вакуумных трубок. Она греет воду за счет солнца и обеспечивает баню водой. Из плюсов такой системы — это, естественно, нулевое потребелние электричества. Но из минусов — в июле она постоянно кипит и пышет паром. Я уже планирую ей установить умные жалюзи, дабы побороть это явление. Из-за этого кипения вода очень горячая и со специфичным запохом "из чайника". Поначалу думал поставить аналогичную на дом — но хорошо, что попробовал сначала на бане... отказался и решил греть электричеством.

Для дома же использовал иной способ — два бойлера, подключенных последовательно по питанию и паралельно по воде. Каждый бойлер на 1.5КВт мощности, но чтобы их греть равномерно и менее энергозатратно в течении всего дня — я их соединил последовательно, тем самым они потребляют всего 750 ватт. Греются они почти весь солнечный день, а управлять их нагревом можно с помощью умной розетки.

Умный дом и автоматизация

Самодостаточность — это не только коммуникации, но и эффективное управление энергией и ресурсами.

Управление энергопотреблением: Умный дом отслеживает текущее потребелние электричества и приоритеты нагрузок. Теплые полы, кондиционирование и бойлеры у меня включаются по избытку энергии. Фильтрация бассейна — когда АКБ будут заряжены до 80%.

Пока большая часть работает на Tuya, но надеюсь что вот-вот доберусь до home assistant. Пока реализовано следующим образом:

1. На вводе стоит реле с контролем потребления. По нему отлично видно как работа солненчых панелей "отключает " дом от сети. с 7 утра до 14 часов потребление минимальное. После установки АКБ ожидаю что и в вечернее время снизится.

2. Каждый инвертор подключен к Wi-Fi и передаёт все параметры.

3. Умные реле, розетки — установлены везде, где есть «аналоговые» потребители. Сценариями задано их включение по времени, а так-же отключение на несколько минут в случае пикового потрбления.

4. ИК пульты для кондиционеров с термодатчиками, позволяющие переключать их циклично. Тем самым в каждой комнате комфортная температура, но за счёт солнечной энергии.

Итоги и экономика

Затраты (ориентировочно, без работы — делали всё сами):

· Система водоснабжения и очистки: ~200 000 руб.
· Солнечная электростанция (6 кВт панели, инвертор 5 кВт, АКБ 10 кВт*ч): ~500 000 руб. (сейчас установлена часть оборудования)
· ЛОС: ~80 000 руб.

Экономия:

· Отсутствие счетов за воду и канализацию: ~2000 руб./мес.
· Минимальные счета за электричество (только базовый тариф за подключение): экономия ~2000 руб./мес.
· Независимость от перебоев и качества коммунальных услуг — бесценно.

Вывод: Построить автономный дом в условиях отсутствия или дороговизны центральных коммуникаций — вполне реальная задача. Современные технологии и грамотное проектирование позволяют создать комфортную и экологичную среду для жизни. Главные преимущества — полная независимость от тарифов и качества услуг местных сетей, а также осознание того, что твой дом работает на возобновляемых ресурсах. Из недостатков такого дома – это постоянное обслуживание чего-либо, вода, свет, дрова - все это требует времени и внимания к себе.

Спасибо всем, кто дочитал до конца! Буду благодарен за обратную связь, советы и просто комментарии!