Энергосберегающая технология малоэтажного строительства

Дом будущего – «пассивный дом»

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.

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 на обслуживание. Но насколько она реализуема в отечественных условиях?

Принципы и подходы

Более 20 лет назад американский исследователь Дэвид Орр 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).

По отечественным строительным нормативам рекомендуется принимать внутренние тепловыделения в жилых домах на уровне 10 вт/м 2 (против 50-80 вт/м 2 систем отопления), на практике они могут быть и больше. Их достаточно для «отопления» наших жилищ в период до достижения среднесуточными температурами значения в 8 ºС, ниже которого включается система отопления.

По мнению специалистов, основополагающими архитектурными и строительными принципами в плане повышения энергоэффективности являются следующие:

· оптимизация архитектурных форм здания с учетом возможного воздействия ветра;

· оптимальное расположение здания относительно солнца, обеспечивающее возможность максимального использования солнечной радиации;

· увеличение термического сопротивления ограждающих конструкций здания (наружных стен, покрытий, перекрытий над не отапливаемыми подвалами) до технически возможного максимального уровня;

· сведение к минимуму количества и тепловой проводимости имеющихся в конструкции тепловых мостов;

· обеспечение необходимой воздухопроницаемости конструкции здания относительно притока наружного воздуха;

· повышение до максимального технически возможного уровня термического сопротивления светопрозрачных ограждающих конструкций;

· создание системы вентиляции для подачи свежего воздуха, удаления отработанного воздуха, распределения тепла в помещении и организация регенерации тепла вентиляционного воздуха.

Сочетание указанных выше факторов обеспечивает минимальное энергопотребление здания, при этом определяющими факторами повышения энергоэффективности здания являются увеличение термического сопротивления его конструктивных элементов и сокращение количества тепловых мостов.

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.

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.

Энергоэффективные материалы и конструкции в действии

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 адаптация подобных систем происходит довольно успешно – достаточно лишь рассчитать необходимую толщину теплоизоляционного материала для конкретных климатических условий.

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, а также 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.

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.

Повышение энергетической эффективности является одной из основных задач России на современном этапе ее развития. Это обусловлено в частности, тем, что она является страной с беспрецедентно холодным климатом. До недавнего времени в этом вопросе наблюдалось определенное недопонимание. Россию часто сравнивали с такими, якобы еще более холодными странами, как Канада, Швеция, Норвегия. Для корректного определения в социально-экономическом аспекте степени суровости климата страны, ее территорию следует разделить на зоны с климатом с различным рангом суровости. Далее надо подсчитать долю или количество населения проживающего в районах с климатом той или иной степени суровости. Полученный критерий будет объективным показателем степени «холодности» или «северности» страны.

Малоэтажный энергоэффективный жилой комплекс.

В практике отечественного градостроительства, малоэтажным принято считать комплекс зданий, этажность которых не превышает трех этажей. Однако, учитывая имеющиеся тенденции по общему росту этажности при комплексном жилищном строительстве, с учетом современного состояния рынка недвижимости, мы считаем целесообразным пересмотреть данное определение.

Для определения «малоэтажный комплекс» мы используем следующие критерии:

— Этажность не более 5-ти этажей.

— Расчетная плотность застройки не должна превышать 250 чел/га.

— В каждом доме существует подъезд (на несколько квартир).

— В каждом подъезде существуют общественные зоны: холлы, лестничные пролеты.

— В домах есть техподполья или техэтаж/чердак, откуда разводятся, и где собраны коммуникации со всего дома: водопровод, канализация и пр.

— Дома оборудованы как минимум пожарной сигнализацией.

— В домах существует понятие сантехнического стояка, общего для нескольких квартир.

Классификация малоэтажных загородных комплексов

Класс определяется сочетанием местоположения и характеристик собственно проекта. При этом, будем честными, такой формат проживания за городом в принципе не может быть элитным, как бы этого не хотелось застройщику.

На сегодняшнем рынке представлено две категории малоэтажной застройки:

Основные отличительные характеристики категории «бизнес» от категории «эконом»:

— огороженная, охраняемая благоустроенная территория

— организованная автомобильная парковка

— высота потолков не менее 2,9м в чистоте

Первоочередным фактором для определения класса является местоположение, хотя есть примеры, когда недостатки местоположения компенсируются высокими качественными характеристиками проекта. Внутри категорий можно достаточно широко подразделять подкатегории, по различным признакам: местоположению, цене, количеству квартир, используемым материалам строительства, развитости инфраструктуры и сервисов, инженерному оснащению, удаленности от Москвы и пр.

Во многих случаях в рамках одного комплекса существуют и коттеджи, и таунхаусы, и многоквартирные дома. Такая ситуация как правило характерна для масштабных проектов, где территория комплекса измеряется десятками гектар: застройщик желает охватить максимально целевые аудитории, при этом стараясь не допустить переизбытка предложения по какой-либо из аудиторий. Такой подход и рождает разнообразные по типу жилья предложения в рамках одного комплекса. Кроме того, такой подход делает комплекс более привлекательным визуально: позволяет уйти от однообразия.

Энергоэффективность малоэтажных зданий и жилых комплексов.

По сравнению с многоэтажным жильём, в малоэтажных комплексах значительно легче воплотить концепцию энергопассивного дома. В малоэтажных домах нет дорогостоящих и энергоёмких лифтов, приточных систем вентиляции, мощных водяных насосов и других систем, удорожающих расходы на строительство и эксплуатацию. Кроме того, расход электроэнергии, воды и тепловой энергии на отдельный малоэтажный дом как правило намного ниже, чем в многоэтажном доме. Всё это может помочь сделать жилой дом максимально независимым от невозобновляемых энергоресурсов. Однако проблемы энергоснабжения необходимо решать комплексно, в составе целого жилого посёлка, причём так, чтобы жилой комплекс мог снабжаться энергией, как от централизованных энергосетей, так и автономно.

Кроме проблем энергоснабжения зданий существует целый комплекс проблем стоимости строительства и эксплуатации зданий, технологичности работ, сроков их выполнения (что немаловажно в России, где холодный период длится по полгода и более), качества работ, долговечности зданий. Поскольку такие жилые комплексы предназначены в основном для среднего класса (работников, занятых как в частных, так и в государственных предприятиях), стоимость строительства должна быть такой, чтобы обычная семья могла купить квартиру, выплатить кредит или накопив на неё около 5 лет (в среднем), причём это не должно существенно ударить по семейному бюджету. Поэтому такое жильё должно быть массовым, оно должно строиться с применением стандартных деталей и конструктивных элементов, отработанных технологий строительного производства. При этом, учитывая в основном оседлый характер жизни граждан РФ, которые редко меняют место проживания, необходимо, чтобы расчётный срок эксплуатации таких зданий был не менее 50 лет. Также необходимо устроить организацию работ так, чтобы основной их объём (строительство фундамента, каркаса, стен) был проведён за тёплый сезон. Кроме этого, учитывая высокую пока стоимость внедрения различных энергосберегающих технологий, необходимо найти наиболее оптимальный вариант их применения в строительстве и последующей эксплуатации здания.

Важнейшей из задач архитекторов является и эстетическое и художественно-композиционное создание благоприятной архитектурной среды комплекса. За вторую половину 20 века люди уже устали от однообразных советских серий панельных домов, в середине века считавшихся вершиной индустриальной архитектуры. Архитекторам необходим индивидуальный подход к созданию каждого комплекса, каждого жилого дома. Жилой комплекс должен быть индивидуальным и неповторимым, но вместе с тем можно использовать общие приёмы, чтобы удешевить проектирование. Вместе с архитекторами по возможности должны работать и ландшафтные дизайнеры, и дизайнеры малых форм. Кроме того, посильное участие в организации жилой среды могут принять и сами жильцы, что поспособствует их уважительному отношению к жилой среде и повышению их культурного уровня.

Источник

9 передовых технологий энергосберегающих домов

Энергосберегающий дом – это не идеализированное представление дома будущего, а сегодняшняя реальность, которая приобретает все большую популярность. Энергосебергающим, энергоэффективным, пассивным домом или экодомом сегодня называют такое жилище, которое требует минимум расходов на поддержание комфортных условий проживания в нем. Достигается это путем соответствующих решений в сфере отопления, освещения, утепления и строительства. Какие технологии для энергосберегающих домов существуют на данный момент, и сколько ресурсов они смогут сэкономить?

№1. Проектирование энергосберегающего дома

Жилище будет максимально экономным, если оно было спроектировано с учетом всех энергосберегающих технологий. Переделать уже построенный дом будет сложнее, дороже, да и ожидаемых результатов добиться будет трудно. Проект разрабатывается опытными специалистами с учетом требований заказчика, но при этом нужно помнить, что использованный набор решений должен быть, прежде всего, экономически выгодным. Важный момент – учет климатических особенностей региона.

Как правило, энергосберегающими делают дома, в которых проживают постоянно, поэтому на первое месте выходит задача сбережения тепла, максимального использования естественного освещения и т.д. Проект должен учитывать индивидуальные требования, но лучше, если пассивный дом будет максимально компактным, т.е. более дешевым в содержании.

Одним и тем же требованиям могут отвечать различные варианты. Совместное принятие решений лучших архитекторов, проектировщиков и инженеров позволили еще на стадии разработки плана возведения помещения создать универсальный энергосберегающий каркасный дом (подробнее читайте — здесь). Уникальная конструкция кооперирует в себе все экономически выгодные предложения:

В качестве альтернативы можно использовать газобетонные блоки для возведения несущих стен, утепляя конструкцию со всех сторон и получая в итоге большой «термос». Часто используется древесина как самый экологичный материал.

№2. Архитектурные решения для энергосберегающего дома

Чтобы добиться экономии ресурсов, необходимо уделить внимание планировке и внешнему виду дома. Жилище будет максимально энергосберегающим, если учтены такие нюансы:

№3. Теплоизоляция для энергосберегающего дома

Даже построенный с учетом всех архитектурных хитростей дом требует правильного утепления, чтобы быть полностью герметичным и не выпускать теплоту в окружающую среду.

Теплоизоляция стен

Через стены уходит около 40% тепла из дома, поэтому их утеплению уделяют повышенное внимание. Самый распространенный и простой способ утепления – организация многослойной системы. Внешние стены дома обшиваются утеплителем, в роли которого часто выступает минеральная вата или пенополистирол, сверху монтируется армирующая сетка, а потом – базовый и основной слой штукатурки.

Более дорогая и прогрессивная технология – вентилируемый фасад. Стены дома обшиваются плитами из минеральной ваты, а облицовочные панели из камня, металла или других материалов монтируются на специальный каркас. Между слоем утеплителя и каркасом остается небольшой зазор, который играет роль «тепловой подушки», не позволяет намокать теплоизоляции и поддерживает оптимальные условия в жилище.

Кроме того, чтобы снизить теплопотери через стены, используют изолирующие составы в местах примыкания кровли, учитывают будущую усадку и изменение свойств некоторых материалов при повышении температуры.

Принцип работы вентилируемого фасада

Теплоизоляция кровли

Через кровлю уходит около 20% тепла. Для утепления крыши используют те же материалы, что и для стен. Широко распространены на сегодняшний день минеральная вата и пенополистирол. Архитекторы советуют делать кровельную теплоизоляцию не тоньше 200 мм независимо от типа материала. Важно рассчитать нагрузку на фундамент, несущие конструкции и кровлю, чтобы не была нарушена целостность конструкции.

Теплоизоляция оконных проемов

На окна приходится 20% теплопотерь дома. Хоть современные стеклопакеты лучше, чем старые деревянные окна, защищают дом от сквозняков и изолируют помещение от внешнего воздействия, они не идеальны.

Более прогрессивными вариантами для энергосберегающего дома являются:

Теплоизоляция пола и фундамента

Через фундамент и пол первого этажа теряется по 10% теплоты. Пол утепляют теми же материалами, что и стены, но можно использовать и другие варианты: наливные теплоизоляционные смеси, пенобетон и газобетон, гранулобетон с рекордной теплопроводностью 0,1 Вт/(м°С). Можно утеплить не пол, а потолок подвала, если подобный предусмотрен проектом.

Фундамент лучше утеплять снаружи, что поможет защитить его не только от промерзания, но и от других негативных факторов, в т.ч. влияния грунтовых вод, перепадов температур и т.д. В целях утепления фундамента используют напыляемый полиуретан, керамзит и пенопласт.

№4. Рекуперация тепла

Тепло из дома уходит не только через стены и кровлю, но и через вентиляционную систему. Чтобы уменьшить расходы на отопление используют приточно-вытяжные вентиляции с рекуперацией.

Рекуператором называют теплообменник, который встраивается в систему вентиляции. Принцип его работы заключается в следующем. Нагретый воздух через вентиляционные каналы выходит из комнаты, отдает свое тепло рекуператору, соприкасаясь с ним. Холодный свежий воздух с улицы, проходя сквозь рекуператор, нагревается, и поступает в дом уже комнатной температуры. В результате домочадцы получают чистый свежий воздух, но не теряют тепло.

Подобная система вентиляции может использоваться вместе с естественной: воздух будет поступать в помещение принудительно, а выходить за счет естественной тяги. Есть еще одна хитрость. Воздухозаборный шкаф может быть отнесен от дома на 10 метров, а воздуховод проложен под землей на глубине промерзания. В этом случае еще до рекуператора летом воздух будет охлаждаться, а зимой – нагреваться за счет температуры почвы.

№5. Умный дом

Чтобы сделать жизнь более комфортной и при этом экономить ресурсы, можно снабдить дом умными системами и техникой, благодаря которым уже сегодня возможно:

№6. Отопление и горячее водоснабжение

Гелиосистемы

Самый экономный и экологичный способ отапливать помещение и подогревать воду – это использовать энергию солнца. Возможно это благодаря солнечным коллекторам, установленным на крыше дома. Такие устройтсва легко подсоединяются к системе отопления и горячего водоснабжения дома, а принцип их работы заключается в следующем. Система состоит из самого коллектора, теплообменного контура, бака-аккумулятора и станции управления. В коллекторе циркулирует теплоноситель (жидкость), который нагревается за счет энергии солнца и через теплообменник отдает тепло воде в баке-аккумуляторе. Последний за счет хорошей теплоизоляции способен долго сохранять горячую воду. В этой системе может быть установлен нагреватель-дублер, который догревает воду до необходимой температуры в случае пасмурной погоды или недостаточной продолжительности солнечного сияния.

Коллекторы могут быть плоскими и вакуумными. Плоские представляют собой коробку, закрытую стеклом, внутри нее находится слой с трубками, по которым циркулирует теплоноситель. Такие коллекторы более прочные, но сегодня вытесняются вакуумными. Последние состоят из множества трубок, внутри которых находятся еще трубка или несколько с теплоносителем. Между внешней и внутренней трубками – вакуум, который служит теплоизолятором. Вакуумные коллекторы более эффективны, даже зимой и в пасмурную погоду, ремонтопригодны. Срок службы коллекторов около 30 лет и более.

Тепловые насосы

Тепловые насосы используют для отопления дома низкопотенциальное тепло окружающей среды, в т.ч. воздуха, недр и даже вторичное тепло, например от трубопровода центрального отопления. Состоят такие устройства из испарителя, конденсатора, расширительного вентиля и компрессора. Все они связаны замкнутым трубопроводом и функционируют на основе принципа Карно. Проще говоря, теплонасос подобен по работе холодильнику, только функционирует наоборот. Если в 80-х годах прошлого века тепловые насосы были редкостью и даже роскошью, то уже сегодня в Швеции, например, 70% домов отапливаются подобным образом.

Конденсационные котлы

Обычные газовые котлы работают по достаточно простому принципу и расходуют при этом много топлива. В традиционных газовых котлах после сжигания газа и нагревания теплообменника топочные газы улетучиваются в дымоход, хотя несут достаточно высокий потенциал. Конденсационные котлы за счет второго теплообменника отбирают теплоту у конденсируемых паров воздуха, за счет чего КПД установки может превышать даже 100%, что вписывается в концепцию энергосберегающего дома.

Биогаз в качестве топлива

Если скапливается много органических отходов сельского хозяйства, то можно соорудить биореактор для получения биогаза. В нем биомасса благодаря анаэробным бактериям перерабатывается, в результате чего образуется биогаз, состоящий на 60% из метана, 35% — углекислого газа и на 5% из прочих примесей. После процесса очистки он может использоваться для отопления и горячего водоснабжения дома. Переработанные отходы преобразуются в отличное удобрение, которое может использоваться на полях.

№7. Источники электроэнергии

Энергосберегающий дом должен использовать электроэнергию максимально экономно и, желательно, получать ее из возобновляемых источников. На сегодняшний день для этого реализована масса технологий.

Ветрогенератор

Энергия ветра может преобразовываться в электричество не только большими ветряными установками, но и с помощью компактных «домашних» ветряков. В ветряной местности такие установки способны полностью обеспечивать электроэнергией небольшой дом, в регионах с невысокой скоростью ветра их лучше использовать вместе с солнечными батареями.

Сила ветра приводит в движение лопасти ветряка, которые заставляют вращаться ротор генератора электроэнергии. Генератор вырабатывает переменный нестабильный ток, который выпрямляется в контроллере. Там происходят зарядка аккумуляторов, которые, в свою очередь, подключены к инверторам, где и идет преобразование постоянного напряжения в переменное, используемое потребителем.

Ветряки могут быть с горизонтальной и вертикальной осью вращения. При разовых затратах они надолго решают проблему энергонезависимости.

Солнечная батарея

Использование солнечного света для производства электроэнергии не так распространено, но уже в ближайшем будущем ситуация рискует резко измениться. Принцип работы солнечной батареи очень прост: для преобразования солнечного света в электричество используется p-n переход. Направленное движение электронов, провоцируемое солнечной энергией, и представляет собой электричество.

Конструкции и используемые материалы постоянно совершенствуются, а количество электроэнергии напрямую зависит от освещенности. Пока наибольшей популярностью пользуются разные модификации кремниевых солнечных батарей, но альтернативой им становятся новые полимерные пленочные батареи, которые пока находятся в стадии развития.

Экономия электроэнергии

Полученное электричество нужно уметь расходовать с умом. Для этого пригодятся следующие решения:

№8. Водоснабжение и канализация

В идеале, энергосберегающий дом должен получать воду из скважины, расположенной под жилищем. Но когда вода залегает на больших глубинах или качество ее не отвечает требованиям, от подобного решения приходится отказываться.

Бытовые стоки лучше пропускать через рекуператор и отбирать у них теплоту. Для очистки сточных вод можно использовать септик, где преобразование будет совершаться за счет анаэробных бактерий. Полученный компост является хорошим удобрением.

Для экономии воды неплохо бы уменьшить объем сливаемой воды. Кроме того, можно воплотить в жизнь систему, когда вода, используемая в ванной и раковине, применяется для слива в унитазе.

№9. Из чего строить энергосберегающий дом

Конечно же, лучше использовать максимально природное и натуральное сырье, производство которого не требует многочисленных стадий обработки. Это древесина и камень. Предпочтение лучше отдавать материалам, производство которых осуществляется в регионе, ведь таким образом снижаются растраты на транспортировку. В Европе пассивные дома стали строить из продуктов переработки неорганического мусора. Это бетон, стекло и металл.

Если один раз уделить внимание изучению энергосберегающих технологий, продумать проект экодома и вложить в него средства, в последующие годы расходы на его содержание будут минимальными или даже стремиться к нулю.

Источник