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.

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.

В исключительных случаях в качестве резерва систему вентиляции оборудуют маломощными нагревателями или кондиционерами, осуществляющими минимальную регулировку температурных условий. Подобные технологии были реализованы при строительстве «экодеревни» близ Хельсинки в Финляндии. Она представляет собой экологически чистую территорию сельского типа площадью 1132 га. В ходе строительства были применены современные системы утилизации и рекуперации тепла, такие, как использование обратной воды системы теплоснабжения для напольного отопления, утилизация тепла удаляемого воздуха, системы естественной вентиляции с дефлекторами новой конструкции, использование солнечных коллекторов на системах горячего водоснабжения, автоматизация систем жизнеобеспечения, использование эффективной теплоизоляции в ограждающих конструкциях. Проверка показала, что энергопотребление в домах экодеревни не превышает 15 кВт ч/м3 в год.

В Европе давно применяют подобный подход не только для жилых зданий, но и для зданий промышленного или офисного назначения. В Дании, Германии, Финляндии разработаны специальные целевые государственные программы по приведению всех объектов регулярной застройки к условно-пассивному уровню, соответствующему 30 кВт ч/м3 в год. Например, так было построено офисное здание Исследовательского Центра ROCKWOOL в Дании. Проект был удостоен звания «Офис 2000 года», а сооружение было признано одним из самых энергоэффективных в мире. Современная концепция строительства домов требует не только применения энергосберегающих технологий.

Она подразумевает также сведение к минимуму загрязнений окружающей среды различными отходами, вредными веществами, энергетическими излучениями и полями. В идеальном случае, энергопассивный дом должен находиться в состоянии термодинамического равновесия с окружающей средой, что соответствует такому пути развития цивилизации, при котором, с одной стороны, практически не используются невозобновляемые источники энергии и материалы, а с другой – не наносится вред природе и здоровью человека.

Примеры построенных домов с низким потреблением энергии

В штате Оклахома (США) компания Ideal Homes построила первый дом с нулевым потреблением энергии, который может стать базовым проектом для серийного строительства такого рода зданий. Стоимость коттеджа составляет менее двухсот тысяч долларов. Он не потребляет внешней энергии и за год вырабатывает столько же энергии, сколько и потребляет. В этом одноэтажном доме имеются три спальные комнаты и два санузла, а также подвал и гараж. Объект подключен к городской электросети, хотя в периоды спада нагрузок, автономная система электроснабжения дома позволяет вырабатывать больше энергии, чем он потребляет. В качестве собственных автономных источников электроэнергии применены солнечные батареи.

Компания, реализовавшая проект, при постройке дома использует системы очистки воздуха HVAC, виниловые окна, а также высококачественные изоляционные материалы. Под фундаментом размещены специальные нагревательные системы, помогающие поддерживать постоянную температуру в жилище. Один из владельцев компании с уверенностью прогнозирует, что в будущем будут построены целые кварталы таких жилищ, которые будут окружены зелеными насаждениями. Сточные воды от этих домов будут поступать в специальные водоемы, где они будут подвергаться очистке, а затем использоваться для орошения деревьев. Система орошения также будет работать от солнечных батарей.

В США, Швеции, Германии, Японии и других странах давно строятся комфортабельные дома с низким и нулевым потреблением энергии, имеющие не только автономное электроснабжение, но и замкнутые системы утилизации бытовых отходов. В Стокгольме более 20 лет успешно эксплуатируется комфортабельный дом с бассейном и большим зимним садом, этот дом не имеет не только канализации, но и водопровода. В Польше, Финляндии, Германии построено несколько тысяч домов с системами солнечного отопления и аккумулирования тепла, при строительстве которых применены новые строительные материалы, оборудованные технологичными системами теплообеспечения и утилизацией отходов жизнедеятельности. Стоимость этих домов сравнима со стоимостью обычных домов.

Технология строительства домов с низким или нулевым потреблением тепла применима для любых климатических зон.

В Вашингтоне раз в 2 года проводится Солнечное Десятиборье (The Solar Decathlon), соревнование по эко-дизайну и эко-архитектуре среди университетов, которые представляют наиболее энергоэффективные «солнечные» дома. В 2005 году второе место занял проект студентов из Корнуэлла, отличавшийся продуманностью и завершенностью деталей. Это вдохновило студентов открыть свой бизнес по производству энергопассивных экодомов.

На сегодняшний день имеется опыт успешных продаж экодомов, компания бывших студентов Independence Energy Homes получает все больше и больше заказов, благодаря главному достоинству – экономичности. В результате применения современных энергосберегающих технологий удалось создать дом, обладающий, по мнению владельцев компании, наилучшими качественными характеристиками среди подобных проектов. Автономная система электро- и теплоснабжения состоит из фотоэлектрических панелей и солнечных нагревателей которые смонтированы на крыше.Благодаря этому дом площадью около 90 м2 производит гораздо больше энергии, чем потребляет панелей на крыше генерируют 6000 W электроэнергии в день, что более чем достаточно для небольшого дома, чье энергопотребление минимально. Снижение потерь достигнуто с помощью тщательной теплоизоляции, эффективных систем обогрева, охлаждения и водоснабжения, управляемых электроникой.

В качестве теплоизоляции применены структурно изолированные панели, наполненные пенополистиролом, которые обеспечивают высокий коэффициент температурного сопротивления.

Особенностью конструкции серийного энергопассивного дома американской фирмы является расположение инженерных систем в средней части дома.

Теплоноситель системы отопления нагревается под воздействием солнечной

радиации, причем солнечные нагреватели на вакуумных трубках, использованные инженерами в проекте, имеют высокий коэффициент полезного действия даже при рассеянном свете в облачную погоду. Горячий теплоноситель поступает в систему отопления дома и снабжает горячей водой для бытовых нужд. Использованная вода из стиральной машины, стоки из раковины и душа и собранная дождевая вода фильтруются и сохраняются в баке под зданием и в дальнейшем используются для полива растений на участке. На этом разработчики не остановились. В доме предусмотрена возможность зарядки от солнечных батарей даже электромобиля.

Перспективы в России

Сегодня большинство зданий в России имеют низкую энергоэффективность, уступая стандартным европейским параметрам для строительства обычных домов, не говоря уже об энергопассивных. Как ни странно, но в более теплой Германии применяются гораздо более жесткие нормы по теплоизоляции помещений. Так, например, удельный годовой расход тепла для обычного немецкого дома составляет не более 300 кВт ч/м3 в год,в то время

как в России – 400-600 кВт ч/м3 в год.

При этом очевидно, что пассивные дома гораздо актуальнее в наших суровых условиях, чем в относительно мягком климате большинства западноевропейских стран. В настоящее время, медленно, но верно ситуация начинает меняться в сторону необходимости повышения энергоэффективности строительных объектов.

Сдерживающим фактором пока еще является сложившееся предубеждение о дороговизне строительства таких домов. Расчеты показывают, что стоимость постройки квадратного метра энергоэффективного дома всего на 8-10% больше средних показателей для обычного здания. Очевидно, что эти дополнительные затраты несущественны по сравнению с дальнейшей внушительной экономией энергоресурсов. В Москве уже построено несколько экспериментальных зданий с использованием технологии пассивного дома.

Источник: tehnoinfo.ru