Энергопассивные дома (Часть I)

Немецкий исследователь Вольфганг Фейст (Wolfgang Feist) из института «Institut fur Wohnen und Umwelt»и шведский профессор Бо Адамсон из «Lund University первыми предложили набирающую ныне популярность концепцию строительства энергопассивных домов.

Первый опыт

В 1990 году в Дармштате было завершено строительство первого дома, положившего начало развитию новой технологии строительства энергоэффективных зданий. Опыт оказался настолько успешным, что с целью проведения дальнейшей исследовательской работы и разработки комплекса стандартов строительства пассивного дома в 1996 году, доктором Фейстом в Дармштате был основан Институт пассивного дома (Passivhaus Institut), который стал основной платформой для развития идей пассивного дома и практическими разработками во всем мире. За 13 лет работы института в разных странах построено примерно 15 тысяч зданий, которые соответствуют определению пассивного дома. Дома с «нулевым» потреблением энергии наиболее востребованы в Германии и Австрии, где построено наибольшее количество домов этой концепции.

Термин «Энергопассивный дом» относится к строительным стандартам.

Эти стандарты могут быть выполнены с использованием различных технологий, конструкций и материалов.

Энергопассивными называются здания, которые позволяют обеспечить комфортабельные условия проживания без необходимости применения обычной системы отопления. Для этого необходимо, чтобы ежегодное потребление здания для отопления помещений не превышало 15 кВт /час в расчете на квадратный метр жилой площади за год. Потери тепла настолько малы, что подобным домам необходимо в пять раз меньше энергии, чем для отопления новых зданий, построенных по традиционным стандартам. Энергопассивные дома имеют близкое к нулю потребление внешнего тепла, т. к. для обеспечения комфортной температуры в течение отопительного сезона достаточно поступления солнечной радиации через окна, а также теплового излучения от бытовых приборов и людей. В этом состоит основная идея энергопассивного дома, помимо этого, с помощью энергосберегающих технологий стремятся привести к минимуму не только потребление тепла, но и электроэнергии для бытовых приборов. Так например, европейский проект CEPHEUS подразумевает строительство жилых зданий в котором общее внешнее годовое потребление энергии не превышает 42 кВт/ час из расчета на метр площади здания.

Этот показатель ниже, по крайней мере в 4 раза, чем соответствующие уровни потребления электроэнергии новых зданий, построенных по обычным стандартам, применяющимся в настоящее время во всей Европе.

Конструкции энергопассивных домов

Основная черта, отличающая дом с низким потреблением тепловой энергии от обычного – совершенная теплоизоляция. Стены, окна, крыши, пол стандартных домов имеют довольно большой коэффициент теплопередачи, что приводит к значительным потерям тепла, например, теплопотери обыкновенного кирпичного здания – 250-350 кВт с кв. м отапливаемой площади в год.

Энергопассивные дома

Свести потери энергии к минимуму позволяют следующие меры:

- мощное утепление. Для кровли и стен коэффициент теплового сопротивления должен составлять не менее R40 и R60;
- тщательная герметизация примыканий стен и крыши, фундаментов и т. д.
- герметизация проемов вокруг окон и дверей;
- установка систем вентиляции, оснащенных оборудованием для рекуперации тепла;
- ориентация окон и дверей на солнечную сторону.

Упомянутый выше коэффициент теплового сопротивления является качественной характеристикой степени теплоизоляции помещения. В общем случае он определяется как отношение разницы температур к количеству затраченной энергии для достижения этой разницы. Иными словами, он означает какое количество тепловой энергии нужно затратить в ваттах, чтобы повысить температуру внутри помещения на 1 градус в расчете на 1 квадратный метр поверхности помещения, соприкасающийся с внешней средой. К примеру, двухэтажный дом общей площадью 250 квадратных метров, имеет площадь наружных ограждающих конструкций примерно 400 квадратных метров. Если коэффициент теплового сопротивления конструкций составляет R40, то для того, чтобы поддерживать внутри помещения температуру +20оС при наружной температуре -20оС, для отопления всего дома необходимо затрачивать 1,6 кВт энергии. Необходимо добавить, что при обычных стандартах теплоизоляции для поддержания комнатной температуры в таком доме необходимо не менее 20,0 кВт. Проводившиеся исследования показали, что значительное сокращение расхода тепла появляется только при слое теплоизоляции от 15 см; желательно использовать теплоизолирующие панели толщиной 25-40 см. Технология «пассивного дома» предусматривает эффективную теплоизоляцию всех ограждающих поверхностей – не только стен, но и пола, потолка, чердака, подвала и фундамента. Традиционно считается, что монтаж теплоизоляции должен производиться предпочтительно снаружи.

В энергопассивном доме формируется несколько слоев теплоизоляции – внутренняя и внешняя. Это позволяет одновременно не выпускать тепло из дома и не впускать холод внутрь его. Также производится тщательное устранение «мостиков холода» в ограждающих конструкциях. В результате, добиваются ощутимого снижения теплопотерь. В энергопассивных домах с одного квадратного метра отапливаемой площади в год теряется энергии практически в 20 раз ниже, чем в обычных зданиях.

При желании можно добиться и больших результатов. Большое значение имеет теплоизоляция проемов окон и дверей. Для эффективного действия технологии пассивного дома используются современные двух- или трехкамерные конструкции. Для повышения теплового сопротивления, внутрь стеклопакетов закачивают газы, имеющие низкую теплопроводность; особым образом обрабатываются стекла, применяется специальная конструкция примыкания окон к стенам. Иногда для дополнительной теплоизоляции на окнах устанавливают ставни, жалюзи или шторки.

В энергоэффективных зданиях используется ориентация в сторону максимума солнечного излучения, сиспользованием такого приема в помещениях остается больше тепла, чем теряется.

Для сохранения тепла в энергопассивных домах используется специальная система вентиляции с рекуперацией тепла. Это означает, что воздух выходит из дома и поступает в него не через обычный вентиляционный выход, а через подземный воздухопровод, снабженный рекуператором. Рекуператор – это теплообменник, в котором нагретый воздух непрерывно передает тепло холодному воздуху через разделяющую их стенку. Технология рекуперации применяются во многих областях промышленности и техники. Например,

в газовой турбине воздух сжимается, смешивается с топливом и, сгорая, приводит двигатель в действие. Рекуператор, направляя часть использованных газов обратно в турбину, нагревает поступающий на смешение с топливом воздух. Благодаря этому энергия, получаемая при сжигании топлива, тратится только на работу по вращению ротора двигателя, исключаются затраты на прогрев смеси «воздух-топливо» до рабочей температуры. Таким образом, рекуператор, используя часть бросовой энергии, делает работу систем более эффективной.

Системы рекуперации в качестве основного рабочего органа имеют теплообменники. Существует два типа теплообменников: с несмешиваемыеми теплоносителями и разделенными перегородкой, в которых рабочие вещества находятся в прямом взаимодействии. Помимо этого, теплообменники делят на три группы по направлению течений взаимодействующих веществ: теплообменник с параллельным током, с перекрестным током и противоточный теплообменник. Как правило, в рекуперативных системах энергопассивных домов применяются противоточные теплообменники с разделяющей перегородкой. Принципиальная схема работы вентиляции пассивного дома следующая: зимой холодный воздух входит в подземный воздухопровод, нагреваясь там за счет тепла земли, и затем поступает в рекуператор. В рекуператоре отработанный домашний воздух нагревает поступивший свежий и выбрасывается на улицу. Нагретый свежий воздух, поступающий в дом, имеет в результате температуру около 17С.

Летом горячий воздух, поступая в подземный воздухопровод, сразу охлаждается там от контакта с землей примерно до этой же температуры. Такая система позволяет в доме постоянно поддерживать комфортные условия.