Классификация энергоэффективных домов

Энергосберегающий, пассивный дом, или экодом - строение, отличительной чертой которого является отсутствие необходимости отопления или очень малое потребление энергии – до 10 % от количества, которое потребляется большинством зданий.

Домом нулевого потребления энергии (нулевой дом) называется сооружение, которое вырабатывает (и аккумулирует) энергии столько же или больше, чем ему требуется для собственного тепло- и энергоснабжения. При этом используются как ископаемые топлива, так и ВИЭ (солнечные панели, ВЭУ, тепловые насосы, биотопливо и т.д.).

Активным домом называют дом, имеющий положительный энергобаланс. Это удается за счёт объединения технологий пассивного дома и умного дома. Последняя заключается в следующем: автоматизированная контролирующая система обеспечивает комфорт, безопасность жильцов и ресурсосбережение сооружения. Автоматика учитывает погодные условия, время года и суток, принципы работы всех систем жизнеобеспечения, сиюминутную необходимость и программирует работу всех систем в оптимальном режиме.

Но если для работы активного дома и дома нулевого энергопотребления нужны дополнительные механизмы, вырабатывающие и распределяющие энергию, то пассивный дом не нуждается ни в чём, кроме собственных конструкций, возведённых по определенной технологии.

Энергосберегающее строительство – это использование самых современных технологий и материалов, обеспечивающих достижение высокого теплового комфорта и строительство дома с низким потреблением энергии и, следовательно, низкими эксплуатационными расходами. Такой эффект может быть достигнут за счет снижения потребления энергии необходимой для отопления дома, подогрева воды и потребления электроэнергии. В нашем климате наиболее важной задачей является сокращение потерь тепла. По сравнению с традиционными домами в пассивном здании потери тепла значительно снижаются.

Основная цель в энергосберегающем и пассивном строительстве заключается в стремлении достигнуть максимально возможный тепловой комфорт, при максимальном снижении тепловых потерь. Минимальный расход тепла уменьшает затраты на использование дома и хорошо сказывается на рыночной стоимости дома.

Технические решения для минимизации тепловых потерь достаточно хорошо изучены и используются на протяжении многих лет на практике.

Наиболее важными из них являются:

– термоизоляция стандартных внешних ограждений – стены, крыша, окна, двери;

– тщательное ограничение появления мостиков холода;

– герметизация внешней оболочки здания;

– использование энергосберегающих окон и дверей, специально разработанных для пассивных домов;

– использование высокоэффективной системы вентиляции с рекуперацией тепла.

Активные и пассивные дома – это два разных подхода в энергосберегающем строительстве.

Ну а дома, которые стремятся к параметрам пассивных, но достичь их не могут, вынуждены довольствоваться более скромным званием энергоэффективных.

Интерес к энергоэффективных зданий в России вырос после принятия закона «Об энергосбережении», но эксперименты в этой области проводились и раньше.

В Москве, в микрорайоне Никулино-2 впервые была построена теплонасосная система горячего водоснабжения многоэтажного жилого дома (рис. 4.5.). Этот проект был реализован в 1998-2002 гг. Министерством обороны РФ совместно с Правительством Москвы, Минпромнауки России, Ассоциацией "НП АВОК" и ОАО «ИНСОЛАР-ИНВЕСТ» в рамках «Долгосрочной программы энергосбережения в г. Москве». Проект выполнен под научным руководством доктора технических наук, член-корреспондента РААСН Ю.А.Табунщикова.

Рисунок 4.5. Схема теплового насоса для ГВС многоэтажного дома

в Никулино-2

В этом доме за отопительный сезон приходится тратить всего по 85 кВт∙ч тепла на каждый квадратный метр площади – почти вдвое меньше норматива и примерно втрое меньше реальных потребностей старых кирпичных зданий.

Но до стандартов пассивного дома там далеко. Общие требования к ним сформулированы в так называемом «Пакете проектирования пассивного дома», разработанном немецким институтом Passivhaus. Главное условие: годовой расход энергии на отопление не должен превышать 15 кВт∙ч на квадратный метр полезной площади. А если считать вместе с электроприборами, кухонной плитой, горячей водой и инженерными системами, то пассивный дом должен тратить не более 120 кВт∙ч/м² в год.

Кроме собственно теплопотерь имеется еще целый набор необходимых требований: термоизоляция стен и окон, специальная конструкция окон и системы горячего теплоснабжения, практически полная герметичность здания и наличие принудительной вентиляции с рекуперацией тепла. То есть приточный и вытяжной вентиляционный каналы должны проходить через специальный рекуператор, где часть тепла отработанного нагретого воздуха передается свежему холодному воздуха. Учитывая тот факт, что только на вентиляции обычное здание в среднем теряет 35 кВт∙ч/м² в год (то есть в два раза больше, чем вообще положено пассивному дому), это совершенно необходимое условие.

Впрочем, все эти расчеты проводились для Германии, где погода отнюдь не российская. Такие дома – изначально немецкое изобретение, первый из них был построен в городе Дармштадт в 1991 г. Сейчас таких зданий уже тысячи, в самых разных городах Германии. Германский банк развития KfW даже выдает под строительство пассивных домов льготные кредиты.

Компания «Мосстрой-31» в содружестве с немецкими специалистами и архитекторами из института Passivhaus построила в Бутово двухэтажный дом, который первым в России сертифицирует по европейским стандартам (рис. 4.6).

Рисунок 4.6. Пассивный дом в Бутово

Ещё один претендент на первенство в области российского пассивного домостроения – петербургская строительная компания «Пассив Хаус». На её счету около 80 коттеджей в Ленобласти. Правда, ни один из них до сих пор не сертифицирован по стандартам пассивного дома, поскольку затраты на отопление составляют 57,5 кВт∙ч/м² в год – почти вчетверо выше немецкого стандарта. Однако общее годовое энергопотребление коттеджей составляет 90,6 кВт∙ч/м², что соответствуют требованиям Института пассивного – 120 кВтч/м² в год.

С активными домами ввиду отсутствия четких требований по теплопотерям спорных ситуаций не возникает. Жесткого стандарта тут вообще нет. Например, в доме «Зеленый маяк», офисном здании для студентов и преподавателей Копенгагенского университета, потребность в отоплении только на 35 % покрывается за счёт солнечных коллекторов и теплового насоса. Остальные 65 % тепла приходятся на центральное отопление. Суммарные энергозатраты составляют 30 кВт∙ч/м² в год. При этом никто не сомневается, что «Зеленый маяк» – активный дом.

Там, где активный дом проигрывает пассивному в части сохранения тепла, он отыгрывается за счёт выработки электричества. Тот же «Зеленый маяк» благодаря удачно размещенным окнам и солнечным батареям площадью полностью обеспечивает свои потребности в освещении и питании всех инженерных систем дома.

Кроме солнечных батарей активные дома берут на вооружение еще несколько «зеленых» технологий. Это и светодиодное освещение, и солнечные коллекторы для нагрева воды и тепловые насосы, и вентиляция с рекуператором. Идеал для активного дома – нулевой энергобаланс. Естественно, построить такое здание, которое даже пасмурным зимним днём сможет полностью обеспечить себя электричеством и теплом за счёт солнца или других альтернативных возобновляемых источников энергии, практически нереально. Поэтому активные дома пасмурными зимними днями берут энергию из сети, зато в летнюю жару продают обратно в сеть излишки электричества.

Так, например, ещё один датский проект, «Дом для жизни», не только компенсирует свои энергозатраты за счёт солнечных батарей площадью 50 м², но и дополнительно продаёт в сеть больше 1,7 тыс. кВт∙ч в год.

Пока что единственный действительно северный нулевой дом построен в Финляндии студентами Университета Аалто (Aalto University). Это одноэтажный полностью деревянный садовый домик по имени Luukku площадью всего около 60 м². Толстые стены почти в полметра толщиной, система вентиляции с рекуперацией тепла, солнечные батареи на крыше и небольшой тепловой насос для обогрева обеспечивают температуру в помещении не ниже 29 °C. При этом энергобаланс дома остаётся нулевым даже в городе Мянтухарью, расположенном на 61-й параллели. Для охлаждения воздуха в жаркую погоду в Luukku применяется и вовсе оригинальное техническое решение. В стене под внутренней деревянной обшивкой спрятан слой особых парафинов, которые плавятся при 26 °C и, переходя в жидкое состояние, забирают у внутреннего воздуха тепло, что позволяет поддерживать комфортную температуру несколько часов пикового зноя.

Авторы проекта уже нашли партнёров и обещают в ближайшие годы наладить массовый выпуск домов более привычного размера. Квадратный метр нулевого коттеджа будет стоить примерно € 2,6 тыс.

В российских условиях в настоящее время нулевой дом невозможен даже не по климатическим соображениям (Россия большая страна, и регионов с мягким жарким климатом достаточно), а по юридическим: энергосети не покупают электричество у домохозяйств. Впрочем, даже активных домов в России до последнего момента не строили.

Первый такой проект планируется к сдаче в Наро-Фоминском районе Московской области. По расчетам специалистов Института пассивного дома расход тепловой энергии на отопление должен составить 33 кВт∙ч/м² в год, а суммарное годовое энергопотребление – 90 кВт∙ч/м². Российский активный дом будет вырабатывать гораздо меньше электричества, чем его западноевропейские братья. Связано это с тем, что пик производства энергии приходится на день, когда хозяев обычно нет дома, а российские энергосети не покупают излишки электричества. Площадь солнечных батарей составит всего 5 м². Чтобы фотоэлементы не заваливало снегом, они будут размещены не на крыше, а на южной стене дома. Площадь солнечных коллекторов больше – около 16 м². Они обеспечат дому не только горячее водоснабжение, но и частично отопление. Солнечные коллекторы разместят на крыше, а для борьбы со снегом предусмотрена система реверса, позволяющая закачать в коллекторы горячую воду. Кроме того, для отопления предусмотрен тепловой насос, а также высокоэффективные энергосберегающие окна, пропускающие солнечное тепло и не выпускающие его за счёт селективного покрытия. Вентиляция запроектирована гибридная. Зимой и в пиковую жару она будет принудительной с рекуперацией тепла. В остальное время ставка сделана на естественное проветривание через автоматически открывающиеся окна, управлять которыми будет «умная» система с датчиками влажности и уровня CO₂.

Пока активные дома на стадии эксперимента, счёт им идёт на единицы, и говорить об их цене рано. Вряд ли такие здания будут популярны у россиян, ведь русский человек заботится не об экономии будущих эксплуатационных расходов, а о том, сколько он платит здесь и сейчас. К сожалению, современного «нового русского» мало волнуют проблемы, связанные с будущей экологической обстановкой, парниковым эффектом и прочими «высокими материями». Главное, что сегодня «зеленый» дом обойдется ему на значительно дороже, чем его «не зеленый» конкурент. Теплосберегающие характеристики и экологичностью строительных материалов также мало кого волнует. По данным специалистов в настоящее время из кирпича строятся 41 % поселков, из газоселикатного блока – 26 %, из бревна – 16 %, из бруса – 13%, а 4% – из других материалов.

Основной особенностью пассивного дома является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление – в среднем около 10 % от удельной энергии (на единицу объёма), потребляемой большинством современных зданий. В большинстве развитых стран существуют собственные требования к стандарту пассивного дома.

В таких домах, например, окна располагаются так, чтобы жильцы имели естественное освещение как можно дольше, создаются резервуары для сбора дождевой воды, монтируются современные системы отопления, экономного электроосвещения, системы эффективной сортировки мусора. Все начинания поддерживаются государственными субсидиями.

Показателем энергоэффективности строительного объекта (здания) служат потери тепловой энергии с квадратного метра (кВт·ч/м²) в год или в отопительный период. В среднем эта величина составляет 100-120 кВт·ч/м². Энергосберегающим считается здание, у которого этот показатель ниже 40 кВт·ч/м². Для развитых европейских стран этот показатель ещё ниже – порядка 10-15 кВт·ч/м².

В традиционном строительстве для обогрева 1 м² здания в год требуется 35 м³ природного газа. При использовании в доме пассивных строительных технологий, для его отопления достаточно 1,5 м³ в год. Для дома площадью 100 м² ежегодная экономия составляет до 3350 м³ газа. Стандартизация пассивных домов устанавливается в зависимости от значение удельного потребления тепловой энергии (УПТЭ) на отопление (кВт∙ч/м2) в год. В Европе принята следующая классификация зданий в зависимости от их уровня энергопотребления:

– «Старое здание» (здания, построенные до 1970-х годов) – УПТЭ примерно 300 кВт·ч/м² в год;

– «Новое здание» (здания, построенные с 1970-х до 2000 г.) – УПТЭ не более 150 кВт·ч/м² в год.

– «Дом низкого потребления энергии» (с 2002 г. в Европе не разрешено строительство домов более низкого стандарта) – УПТЭ < 60 кВт·ч/м² в год.

– «Пассивный дом» – УПТЭ не более 15 кВт·ч/м² в год.

– «Дом нулевого энергобаланса» (здание, архитектурно имеющее тот же стандарт, что и пассивный дом, но инженерно оснащённое таким образом, чтобы потреблять исключительно только ту энергию, которую само и вырабатывает) – УПТЭ = 0 кВт·ч/м² в год.

– «Дом с положительным энергобалансом», или «активный дом» – здание, которое с помощью установленного на нём инженерного оборудования (солнечных батарей, коллекторов, тепловых насосов, рекуператоров, грунтовых теплообменников и т. п.), вырабатывает больше энергии, чем само потребляет, т.е. может не только обеспечивать себя, но и отдавать энергию в центральную сеть.

Иногда определение «пассивный дом» путают с системой «умный дом», одной из задач которой является обеспечение контроля энергопотребления здания. Дополнительным средством экономии тепловой энергии являются автоматизированные системы управления техническими устройствами в здании. Такие системы, к примеру, снижают температуру помещения во время отсутствия людей или в ночное время. «Умное» отопительное оборудование позволит контролировать и автоматически регулировать интенсивность отопления в зависимости от температуры на улице.

Архитектурная концепция пассивного дома базируется на следующих принципах:

– компактность;

– высокое качество и эффективность утепления;

– отсутствия мостиков холода в материалах и узлах примыканий;

– правильная геометрия здания;

– зонировании и ориентации по сторонам света;

– использование системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией.

В идеале, пассивный дом должен быть независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры. Отопление пассивного дома должно происходить благодаря теплу, выделяемому живущими в нём людьми и бытовыми приборами. При необходимости дополнительного «активного» обогрева, желательным является использование альтернативных источников энергии.

Горячее водоснабжение осуществляется за счёт ВИЭ: тепловых насосов или солнечных водонагревателей.

Охлаждение (кондиционирование) здания также осуществляется посредством соответствующего конструктивного решения, а в случае необходимости дополнительного охлаждения – за счет альтернативных источников энергии, например, геотермального теплового насоса.

Для строительства пассивных домов, как правило, применяются экологически корректные материалы, часто традиционные – газобетон, дерево, камень, кирпич. В последнее время часто стали использоваться продукты рециклизации неорганического мусора – бетона, стекла и металла. В Германии, например, построены специальные заводы по переработке подобных отходов в строительные материалы для энергоэффективных зданий. Обязательным условием, естественно, является система сортировки сбора мусора, принятая в развитых странах, но, к сожалению, не в России.

Очевидно, в России «зеленые» технологии не будут выгодны до тех пор, пока не вырастут цены на энергоносители. Однако дешевизна энергоносителей в России обманчива, ведь косвенно мы платим за содержание и ремонт морально и физически изношенных систем теплоснабжения, которым характерны чудовищные теплопотери.

Наличие «зеленой» инфраструктуры в России удешевило бы строительство на треть (хотя бы за счёт наличия «умных» сетей, способных принимать электричество от домохозяйств). В идеале экодом должен быть дешевле обычного дома за счёт использования местных материалов и снижения затрат на транспортировку. Но до этого в России далеко.

Теплопотери обычного дома настолько велики, что он «подогревает космос», а в условиях плотной застройки и большого количества автомобилей образуется «тепловой купол», который распространяется вокруг крупных городов и в том числе является причиной лесных пожаров.

В России нет экологической сертификации в сфере строительства, и «пассивным домом» можно обозвать любое здание, стены которого обладают низкой теплопотерей, но этим его энергоэффективность и ограничивается.