IX Международная студенческая научная конференция Студенческий научный форум - 2017

В настоящее время основные источники энергии являются не возобновляемыми. Топливо при обработке переходит в энергию, которая в дальнейшем используется в различных сферах деятельности. Например, ее можно расходовать на отопления дома. Дома могут отапливаться различными способами: газом, дровами, углем и т.д. Могут быть использованы печки, водяное отопление. Все зависит от дома.

Наука не стоит на месте и с каждым днем люди стараются придумать более эффективный и в то же время экономичный способ отопления своих домов. Например, в Германии сейчас действует такая система отопления: в частных домах — свои котельные, а в многоквартирных домах — отдельное газовое оборудование, которое греет воду для батарей.

В Европе одним из основных трендов в развитии жилищного строительства становится создание пассивных домов. Основные их преимущества — минимальные затраты на отопление и здоровый микроклимат.

Пассивный дом — сооружение, основной особенностью которого является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление. В большинстве развитых стран существуют собственные требования к стандарту пассивного дома.

Пассивные дома — это достаточно новый стандарт для жилых строений. Благодаря утеплению и герметизации оболочки здания затраты на отопление в нем ничтожно малы и нет нужды в привычных системах отопления. Тема пассивных домов популярна сегодня в Германии и Австрии. За десятилетие там построено более 16 тыс. таких домов, причем в последние три-четыре года объемы растут очень быстро. Требования к эффективности зданий в Германии постоянно ужесточаются, все чаще можно услышать, что через несколько лет пассивные дома могут стать обязательным общегерманским стандартом. Другие дома строить не будут вовсе.

Но как же снизить расходы на отопление в обычном российском доме? Понизить затраты на отопление можно в первую очередь за счет уменьшения теплопотерь здания.

Технология пассивного дома предусматривает эффективную теплоизоляцию всех ограждающих поверхностей — не только стен, но и пола, потолка, чердака, подвала и фундамента. В пассивном доме формируется несколько слоёв теплоизоляции — внутренняя и внешняя. Это позволяет не выпускать тепло из дома. Также производится устранение «мостиков холода» в ограждающих конструкциях. В результате в пассивных домах теплопотери через ограждающие поверхности в 20 раз ниже, чем в обычных зданиях (рассматриваются частные дома) [6]

История развития

Середина 90-х годов двадцатого века ознаменовалась основанием в Дармштадте, ФРГ, товарищества «Пассивный дом». Архитекторы Вестермауер и Ботт-Риддер под руководством Вольфганга Файста спроектировали четырёхквартирный дом, прототипом которого стали все последующие энергосберегающие дома. Пассивный дом был построен в 1991 году при участии правительства Гессена. Годовое потребление здания на нужды отопления – менее 1 литра топлива на единицу площади.

Стандарт энергоэффективности

Расход энергии для нужд отопления такого дома за год не превышает 15 киловатт-часов на единицу площади. Расход энергии для нужд отопления, горячего водоснабжения и электроснабжения энергоэффективного дома не превышает 120 киловатт-часов на единицу площади [3]

Если сравнить показатели потребления энергии на отопление в ФРГ, которые регулируются постановлениями по тепловой защите и энергосбережению 2002 года (WSchVO и EnEV 2002), то просматривается прямая тенденция к его уменьшению на нужды отопления строений. Недавним постановлением EnEV, регламентирующим тепловую защиту в ФРГ, установлена норма годового расхода энергии на отопление новых и санируемых домов от 30 до 70 киловатт-часов на единицу площади.

Для сравнения, в Российской Федерации установлена норма годового расхода энергии на отопление для Москвы от 95 до 195 киловатт-часов на единицу площади. Фактический расход многократно превышает данные нормы (см. Рис. 1)

Рис. 1. График энергия энергопотребления

Преимущество энергосберегающих домов

Экодом обладает следующими преимуществами:

1. Комфортность. Её обеспечивает постоянно поддерживающая приятный микроклимат, чистоту и свежесть воздуха особая инженерная система. Пассивный дом при этом приобретает сбалансировать температуры помещений.

2. Энергосбережение. Если сравнивать обычное здание и дом пассивный, то последний отличается более чем десятикратным сокращением теплопотребления на отопительные нужды.

3. Польза здоровью. Когда дом пассивный, на протяжении всего года все жилые помещения постоянно снабжаются свежим воздухом, нет сквозняков, повышенной влажности и отсутствует плесень.

4. Экономичность. Если дом пассивный, то затраты на эксплуатацию его энергоснабжения остаются на низком уровне даже при росте стоимости энергии.

5. Забота об окружающей среде. Когда дом пассивный, применение энергоэффективных технологий повышает уровень защиты окружающей среды.

Энергетический баланс

Одной из характеристик энергоэффективного дома является энергетическая сбалансированность между вентиляционной либо трансмиссионной потерей тепла и его поступлением с солнечной энергией, внутренними источниками тепла и отоплением. Для баланса крайне важны такие составляющие, как оптимальная теплоизоляция отапливаемого объёма, компактность здания, пассивное использование поступлений тепла от солнечного излучения путём ориентирования большинства окон (до 2/5 площади фасада) на юг с допустимым отклонением в 30° и благодаря отсутствию затенения. Нелишним также будет использование бытовой техники с высоким уровнем энергоэффективности. Предполагается также нагрев воды с использованием теплового насоса или солнечного коллектора, пассивный подогрев воздуха грунтовым теплообменником. По сути, идеальный пассивный дом – дом-термос без отопления.

Пассивный дом: технологии

Как же достигается такой результат? Стандарт пассивного дома предполагает работу в пяти направлениях:

Теплоизоляция. Изоляция внешних участков, особенно угловых, стыковых и переходных соединений и пересечений должна быть такой, чтобы коэффициент теплопередачи был меньше 0,15 Вт/м²·K.

Отсутствие тепловых мостов. Желательно избегать включений, проводящих тепло. Специальная программа расчёта температурного поля позволит выявить и грамотно проанализировать неблагополучные места конструкций ограждения зданий с последующей их оптимизацией.

Сертифицированные для пассивного экодома эффективные окна. Двойные низкоэмиссионные стеклопакеты, заполненные инертным газом, оптимальны для таких домов. Квалифицированная установка оконных конструкций.[1]

Механическая вентиляция с рекуперацией тепла (не ниже 75%) и герметичная внутренняя оболочка. Определение и устранение мест утечек обеспечивается проведением автоматизированных испытаний по воздухопроницаемости зданий. Комфортная вентиляция, управляемая пользователем. Установка земляного теплообменника.

Становление в России

В Европе строительный стандарт пассивного дома применяется массово, а в Российской Федерации проектирование и постройка энергосберегающих зданий лишь на стадии становления.

Домов, отвечающих требованиям стандарта энергоэффективности, здесь пока нет, однако уже есть строения, близкие к данному стандарту. Они воплощают в себе принципы, элементы, методики расчёта энергоэффективного дома.

Также, применительно к Российской Федерации, создана классификация строений по эффективности потребления энергии:

• пассивный дом – отопление потребляет менее 15, общий расход энергии за год – не больше 120 киловатт-часов на единицу площади;

• дом со сверхнизким потреблением – годовой расход энергии на нужды отопления - 16–35, а общий расход энергии за год – менее 180 киловатт-часов на единицу площади;

• дом с низким потреблением энергии – строение с годовым расходом энергии на отопительные нужды - 36–50, а общим годовым расходом энергии – менее 260 киловатт-часов на единицу площади [4]

Особенности конструкции

Проектирование пассивного дома завершилось следующими конструкторскими решениями.

Наружные стены из силикатного кирпича толщиной 175 мм утеплены слоем пенополистирола толщиной 275 мм, внутри отделаны гипсовой штукатуркой толщиной 15 мм и трёхслойными обоями с последующей покраской.

Кровля покрыта гумусом, фильтрующим слоем, ДСП толщиной 50 мм, укреплена деревянными балками, изолирована полиэтиленовой плёнкой, утеплена слоем минеральной ваты толщиной 445 мм, отделана гипсокартоном и трёхслойными обоями с последующей покраской.

Перекрытие подвала, 160 мм железобетона, утеплено 250 мм пенополистирольных плит, 40 мм звукоизоляции, 50 мм цементной стяжки и до 15 мм паркета.

Окна с тремя стёклами, двусторонним низкоэмиссионным покрытием, заполненными криптоном камерами. Деревянные рамы с пенополиуретановой теплоизоляцией.

Рекуперация тепла реализована противоточным теплообменником в подвале дома. Впервые были применены двигатели постоянного тока с электронным переключением.

Горячее водоснабжение обеспечено плоскими вакуумными коллекторами площадью 5,3 кв. метра на квартиру (обеспечивают 66% потребности ГВС) и компактным настенным конденсационным котлом на природном газе. Трубопроводы системы ГВС проложены в теплоизоляционном слое и хорошо изолированы.

Контрольные замеры

По завершении постройки и сдачи здания были сделаны контрольные замеры расхода воздуха, тест давлением, круглосуточные замеры температуры и энергопотребления. Они подтвердили достижение поставленной цели.

Годовое потребление тепловой энергии на нужды отопления в 1991–1992 годах равнялось 19,8 киловатт-часам на единицу площади, что составило 8% потребления квартир обычного жилья. В 1992–1993 годах годовое потребление снизилось до 11,8 киловатт-часов на единицу площади (5,5% от потребления квартир, взятых для сравнения). Позже потребление снизилось до менее чем 10 киловатт-часов на единицу площади в год.

Показатели оказались настолько малы, что специалисты их долго неверно интерпретировали. Значительного снижения затрат энергии, составившего 90%, удалось достигнуть благодаря использованию высокоэффективной бытовой техники.

Немецкий опыт был заимствован финскими архитекторами и архитекторами из других стран Европы. С того времени в мире построено более 40 тысяч пассивных экодомов [5]

Пассивный дом: строительство в России

В Российской Федерации в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Екатеринбурге реализуется или уже построено несколько объектов с применением основных стандартов, по которым строятся пассивные дома. Проекты некоторых из них будут рассмотрены далее.

Проект в Московской области

Среди проектов индивидуальных строений с низким потреблением энергии можно выделить «Активный дом» в Московской области, теплоснабжение которого также пассивно.

Активные дома представляют собой строение с разным уровнем энергетической эффективности, но с большим комфортом, достигаемым с помощью автоматического управления микроклиматом дома системой «умный дом», использованием возобновляемых источников энергии и его экологической чистоты.

Проект был завершён в 2011 году. Представляет собой рассчитанное на 5 жителей строение площадью 229 квадратных метров, двумя этажами, каркасом из дерева, изолированным плитами из минваты ISOVER, мансардными окнами VELUX, толщиной внешних конструкций ограждения 550–650 мм, сопротивлением теплопередачи кровли и стен 12, пола 14 (м2·°C)/Вт. Кратность воздухообмена - 0,4 раза в час. Расход энергии только на отопление за год составляет 38, а весь расход энергии – 110 киловатт-часов на единицу площади в год.

Проект в Нижнем Новгороде

Другим примером проекта со сверхнизким потреблением тепла для нужд отопления является экодом вблизи Нижнего Новгорода, завершённый в 2012 году.

Двухэтажное строение площадью 141 кв. метр, рассчитанное на четверых человек, представляет собой конструкцию в виде деревянного каркаса, изолированную плитами из минеральной ваты ISOVER, с оконным профилем REHAU GENEO, тремя стёклами, сопротивлением тепловой передаче стен 8,7, кровли 12,8, пола 8,9 м2·°C/Вт. Применена вентиляционная установка Zehnder с коэффициентом полезного действия рекуперации 84% и кратностью воздухообмена 0,3 раза в час. Годовой расход энергии на нужды отопления составляет 33 киловатт-часа на единицу площади.

Некачественное жильё – враг энергоэффективности

С самого начала идея пассивного экодома предполагала то, что стоимость таких домов будет равной или немного дороже стоимости обычных. Смысл идеи заключался в дешевизне такого строительства, оптимальном соотношении цены–качества и быстрой окупаемости расходов.

Главной целью и проблемой является уравнивание стоимости постройки таких сооружений в Российской Федерации и постройки обычных домов. Смещение энергоэффективного дома из элитного в массовый сектор быстро не произойдёт. Это потребует, помимо обучения архитекторов, также и наличия необходимого уровня квалификации строителей, применения стройматериалов высокого качества и технологического уровня, оборудования и материалов с особыми характеристиками.

Массовый строительный сектор России предпочитает сокращать стоимость жилья за счёт применения стройматериалов невысокого качества и эксплуатации малоквалифицированной рабочей силы. До тех пор, пока такие предпочтения остаются, переход к высокотехнологичному энергоэффективному строительству массового жилья выглядит нереальным.

Перспективы в России

Планируемое снижение норм потребления энергии на 40% к 2020 году призвано переломить ситуацию в пользу технологий энергосбережения. Норма сопротивления теплопередаче повысится с 0,52 до 0,8 м2·°C/Вт, а после – до 1,0. Использование рекуперации в системах вентиляции будет обязательным. В данное время важно адаптировать и внедрить зарубежный опыт. К 2020 году ожидается строительство многих десятков пассивных домов. К тому времени уже будут созданы необходимые условия: банки разработают систему льготного кредитования, проектировщики, девелоперы и строители освоят новые технологии. Это позволит сформировать рынок и устойчивый спрос потребителей.

Литература

1. Бадьин Г.М. Строительство и реконструкция малоэтажного энергоэффективного дома. АСТ Москва, 2011. С.247

2. Вольфганг Файст Основные положения по проектированию пассивных домов. АСВ Москва, 2011. С.144

3. Бродач М.М., Табунщиков Ю.А. , Шилкин Н. В. Энергоэффективные здания. СПб.: Питер, 2003. С.200

4. Энергосберегающий дом. Пассивный дом: проектирование, строительство и особенности - http://fb.ru/article/225764/energosberegayuschiy-dom-passivnyiy-dom-proektirovanie-stroitelstvo-i-osobennosti

5. Пассивный дом. Понятие и основные принципы проектирования пассивного дома - http://www.builderclub.com/statia/passivny-dom-ponyatiye-i-osnovnye-principy-proyektirovaniya-passivnogo-doma

6. Технологии строительства пассивного энергосберегающего дома - http://proekt-sam.ru/proektdoma/passivnyj-dom-principy-i-texnologii-stroitelstva.html

7. Энергоэффективный пассивный дом - http://enargys.ru/passivnyiy-dom/

Код для цитирования: Скопировать