Экологически чистый дом будущего – уже сегодня. Часть II

Экологически чистый дом будущего – уже сегодня

Термин «пассивный дом» появился в русском строительном лексиконе всего несколько лет назад. В пассивном доме расход энергии на отопление сводится к минимуму благодаря использованию внутренних источников тепла, современных энергосберегающих технологий и высокоэффективных теплоизоляционных материалов.

Надо отметить, концепция здания, не нуждающегося в мощной системе отопления, уже нашла в нашей стране благодатную почву. В самом деле, низкая энергоэффективность существующих зданий и огромные расходы энергоресурсов на отопление являются для России источником множества экономических и социальных проблем. Самая очевидная тому причина – тарифы на все виды энергоресурсов растут гораздо быстрее доходов населения.

В связи с этим задача сокращения расходов на отопление становится все более актуальной как для российских домовладельцев, так и для муниципальных властей. С другой стороны, концепция пассивного дома привлекает еще и тем, что в ней заложена сильная природосберегающая компонента. Благодаря разумному использованию внутренних источников энергии и применению экологически чистых материалов пассивный дом не несет опасности окружающей среде и здоровью человека. То есть идея «пассивного дома» развивается на пересечении роста экологического сознания и вполне конкретного стремления сократить расходы. Но насколько она реализуема в отечественных условиях?

Принципы и подходы

Пассивный дом – это, в первую очередь, комплексный подход к энергосбережению жилища. Более 20 лет назад американский исследователь Дэвид Opp разработал концепцию здания, отвечающего самым высоким требованиям экологичности и энергоэффективности. Основные составляющие пассивного дома таковы:

применение материалов и конструкций с максимальным сопротивлением теплопередаче для сокращения непродуктивных потерь тепла;
организация приточно-вытяжной вентиляции с применением рекуператоров, использующих тепло выбрасываемого воздуха для обогрева, поступающего извне;
использование природных источников энергии для отопления и горячего водоснабжения (энергии солнца, ветра, термальных подземных источников).

Красивой иллюстрацией пассивного дома служит солнечный дом, который отличает большая площадь остекления окон с южной стороны и солнечные батареи на крыше, аккумулирующие энергию для хозяйственно-бытовых нужд. Почему пассивный дом обходится без отопления? Это становится возможным благодаря рациональному использованию источников тепла и энергии самого дома и окружающей его территории. Источников тепла в жилом доме немало – это кухонная плита, работающие бытовые электроприборы, лампы освещения. Выделяют тепло люди и животные.

Например, спокойно сидящий человек имеет тепловую мощность 120 ватт. Суммарно эти тепловыделения достигают немалых величин, сравнимых с мощностью систем отопления. По отечественным строительным нормативам рекомендуется принимать внутренние тепловыделения в жилых домах на уровне 10 вт/кв.м (против 50-80 вт/кв.м систем отопления), на практике они могут быть и больше. Их достаточно для «отопления» наших жилищ в период до достижения среднесуточными температурами значения в 8 С, ниже которого включается система отопления.

Практический опыт

Наибольшим практическим опытом реализации проектов пассивных домов обладают страны Западной Европы, и в первую очередь, Германия. Именно здесь был построен первый в Европе пассивный дом, отличительными признаками которого были:

непрерывная изолирующая оболочка здания из высокоэффективных теплоизоляционных материалов;
современные оконные системы;
механическая приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией тепла уходящего из помещений воздуха;
грунтовый теплообменник для предварительного подогрева воздуха с использованием тепла грунта.

Годовой расход тепла такого дома составляет менее 15 квтч/куб.м. Для сравнения, на отопление российских домов требуется до 300 квтч/куб.м год. На настоящий момент более 4000 зданий по всей Германии признаны соответствующими критериям пассивного дома. Одним из примеров общественного сооружения, построенного как пассивный дом, является здание компании Wagner und Co. Теплоизоляция фасадов и крыши выполнена с использованием высокоэффективных теплоизоляционных материалов, применено тройное остекление. Воздухообмен осуществляется вентиляционной установкой с рекуперацией тепла. В качестве источников электрической и тепловой энергии используются солнечные коллекторы, фотобатареи и мини-блочная ТЭЦ на газе.

От домов с низким энергопотреблением (где за счет повышенной теплоизоляции достигается экономия затрат энергии) пассивный дом эволюционировал в дом добавочной энергии и даже в дом как источник доходов – поистине чудеса энергосбережения! В данном случае установленные на доме модули солнечных батарей или коллекторов производят больше энергии, чем расходуют. «Излишки» электричества поступают в местную электросеть. Энергоэффективные дома, по сути, становятся европейским стандартом. В ряд ключевых показателей, оцениваемых при выборе жилья, наравне с ценой квадратного метра, вошло удельное теплопотребление. Часто, для лучшего понимания, киловатты на квадратный метр в год переводят в цифры расхода топлива.

Так, например, появился термин «трехлитровый» дом. На отопление 1 м2 площади такого дома расходуется всего 3 л жидкого топлива в год. Это в 2,5 раза меньше по сравнению с действующими в Германии нормами энергопотребления. Воплощение в жизнь концепции пассивного дома на российской земле сталкивается с рядом трудностей. Простое заимствование проектов и технических решений, реализованных в Германии или странах Скандинавии невозможно из-за большого различия климатических условий. Тем не менее, отдельные принципы энергосбережения реализуются сегодня во множестве проектов по всей России.

В качестве примера из отечественной практики можно привести экспериментальный 16-этажный дом, построенный в московском районе Никулино. Система горячего водоснабжения в этом здании не зависит от центрального теплоснабжения: ее работа основана на использовании низкопотенциального тепла грунта. В системе механической вентиляции применяется тепло вытяжного воздуха. В результате расход тепловой энергии на нужды отопления, горячего водоснабжения и вентиляции такого дома на треть меньше, чем в домах типовых серий.

Энергоэффективные материалы и конструкции в действии

Как было отмечено выше, одним из фундаментальных принципов «пассивного дома» является использование материалов и технологий, радикально сокращающих непродуктивные потери тепла через ограждающие конструкции (стены и кровлю). И приоритет здесь отдается специально разработанным и подобранным многокомпонентным фасадным и кровельным системам, одними из важнейших компонентов которых являются высокоэффективные теплоизоляционные материалы. Для теплоизоляции стен наиболее эффективными и долговечными признаны системы наружного утепления здания. Это вентилируемые навесные фасады и системы фасадного утепления со штукатурным слоем. На данный момент разработано немало фасадных систем на основе таких современных теплоизоляционных материалов как каменная вата. В России адоптация подобных систем происходит довольно успешно – достаточно лишь рассчитать необходимую толщину теплоизоляционного материала для конкретных климатических условий.

Но применение современных систем фасадного утепления не решает полностью проблему теплопотерь. Как считают эксперты, наиболее слабым в этом смысле участком стены являются окна – на них приходится около 30-40% суммарных теплопотерь дома. Поэтому в концепции пассивного дома важное место занимает использование оконных систем с высоким уровнем теплозащиты. Современные светопрозрачные конструкции не только изготавливаются из материалов с низкой теплопроводностью (в первую очередь, ПВХ – поливинилхлорида), но и конструктивно устроены так, чтобы обеспечивать максимальную теплозащиту. Для этого предусмотрены герметичные стеклопакеты, не менее двух контуров уплотнений между рамой и створками, а также наличие воздушных камер в профилях, из которых собираются окна.

Надо отметить, для использования в пассивных домах в климатических условиях Германии вполне подходят пятикамерные системы с монтажной шириной профиля 70 мм, обладающие высокими показателями по тепло- и шумоизоляции. В таких оконных системах можно не только применять энергосберегающие стекла, чтобы достичь еще более высокой теплоизоляции, но и просто установить стеклопакет большей толщины (до 42 мм). Однако для суровых российских условий этого может быть недостаточно. Для максимальной теплозащиты специалистами рекомендуются оконные системы с так называемой «широкой» рамой.

В частности, в ряду последних разработок КБЕ (крупнейшего поставщика оконного и дверного профиля из ПВХ в России) есть оконная система с монтажной шириной рамы 127 мм и створки 70 мм. Данная система создана на основе хорошо себя зарекомендовавшей в российских регионах оконной системы «КБЕ Эксперт». Не стоит забывать и о сокращении потерь тепла через конструкции фундамента. Для этого еще на этапе котлована предусматривается создание непрерывного теплоизолирующего контура, предотвращающего контакт фундамента непосредственно с грунтом.

В потоке воздуха

Мы подошли к такому важному аспекту, как обеспечение воздухообмена с минимальными теплопотерями. По разным оценкам, от 30 до 70% потерь тепла приходится на традиционную для российских домов вытяжную вентиляцию. Непременным атрибутом пассивного дома является контролируемый воздухообмен, обеспечиваемый приточно-вытяжными устройствами с рекуператорами. Принудительная вентиляция позволяет возвратить до 90% тепла уходящего воздуха. Достигается это посредством установки теплообменника, где и происходит нагревание поступающего свежего воздуха теплом уходящего.

Современное оборудование, помимо рекуперации тепла, может улучшать гигиенические характеристики воздуха – не только выполнять обеззараживание и дезинфекцию, но и озонировать его. Кроме того, современные системы вентиляции, оснащенные автоматикой, регулируют температуру и расход воздуха, переходят в экономный режим работы в случае отсутствия людей в помещении и пр. Такое повышение интеллектуального коэффициента пассивного дома сближает его с «умным домом», где автоматика регулирует работу всех инженерных систем в соответствии с заданными параметрами, причем с использованием дистанционного управления.

Контроль и регуляция

Пересечение концепций «пассивного» и «умного» дома происходит и в направлении регулирования подачи тепла и горячей воды от нескольких источников. В частности, использование энергии солнца и термальной энергии подземных источников. В «умном доме» осуществляется автоматическая координация работы различных источников тепла и нагрузок. Наиболее часто на практике встречается комбинация отопительного котла с солнечной тепловой установкой, которая служит обычно для приготовления горячей воды для бытовых нужд. Задача регулирования такой системы состоит в настройке регулирующих приборов с тем, чтобы в наибольшей мере использовать солнечное тепло.

И только в том случае, когда его недостаточно, включаются использующие дорогие источники тепла (газ или мазут) отопительные котлы. При этом у владельца сохраняется возможность некоторого дистанционного управления, например, перед возвращением из отпуска по телефону перевести систему в режим комфортного отопления. Дальнейшие перспективы развития «пассивного дома», очевидно, будут связаны с более широким использованием возобновляемых источников энергии. Уже сегодня одним из направлений реализации энергосберегающей политики многих европейских стран (в частности, Германии) является развитие технологий использования нетрадиционных источников энергии. Планируется к 2010 году увеличить в два раза использование альтернативных источников энергии. Таких, например, как биореакторы, которые из органической массы (зерновые культуры, силос и пр.) вырабатывают метан, идущий на отопление дома.

Будущее начинается сегодня

Итак, многие составляющие концепции пассивного дома вполне реализуемы в России. Так, при реконструкции жилого фонда уже успешно применяют технологии, способствующие повышению энергоэффективности зданий. Это утепление фасадов с использованием современных теплоизоляционных материалов, применение схем принудительной вентиляции и современных оконных систем. Правда, практическое внедрение энергосберегающих технологий на первых порах стоит недешево. Однако, как показывают расчеты, большие капитальные затраты быстро окупаются за счет низких эксплуатационных расходов. То есть вложение в энергосберегающие решения можно считать долгосрочной и весьма надежной инвестицией.