Ученых и писателей-фантастов всегда волновал вопрос о домах будущего... Сегодня очень актуален разговор о жилище, отвечающем новым условиям и стилю жизни современного человека. Природные ресурсы планеты иссякают, глобальное потепление нарастает, а всеобщий энергетический и экономический кризис охватил все страны. Поэтому так важно беречь энергоресурсы. Вэтой статье мы начнем разговор об энергосберегающих домах.
В октябре 1973г. разразился мировой энергетический кризис, впервые обнаживший накапливаемые десятилетиями негативные последствия хищнической добычи ископаемого топлива. Искрой, зажегшей кризис, явилось то, что арабские производители нефти прекратили ее поставку странам, поддерживавшим Израиль в вооруженном конфликте против Египта и Сирии. Мировая цена за 1 баррель нефти возросла в 4 раза. Именно тогда ученые объявили о размерах разведанных запасов энергоресурсов Земли. Оказалось, что нефти, газа, урана хватит лишь на 50-70 лет. Кроме того, стали проявляться катастрофические результаты начинавшегося глобального потепления из-за постоянного увеличения концентрации парниковых газов в атмосфере. Жилые дома и по сей день вносят сюда свой разрушительный вклад: антропогенная нагрузка, оказываемая ими на окружающую среду, составляет около 40% от общей. В70-хгг. ХХв. ученые и архитекторы начали разрабатывать проекты первых в мире экодомов.
В декабре 1997г. в Японии при участии более чем 120 стран был подписан Киотский протокол к Рамочной конвенции ООН об изменении климата. Цель- в период с 2008 по 2012г. снизить совокупный уровень выбросов парниковых газов на 7% за счет развития альтернативной энергетики без сжигания ископаемого топлива и снижения теплопотерь. Россия 4 ноября 2004г. подписала Федеральный закон о ратификации Киотского протокола. Всоответствии с этим законом предписывается ограничить суммарный средний уровень выбросов шести типов газов, перечисленных в Киотском протоколе: двуокиси углерода (СО2), метана (СН4), закиси азота (N2O), гидрофторуглеродов (ГФУ), перфторуглеродов (ПФУ), элегаза (SF6). Последние три типа газов не только создают парниковый эффект, но и активно разрушают озоновый слой атмосферы.
Экодома, или пассивные дома (от англ. passive house), назвали так потому, что они не требовали расходов на отопление. Первый дом по проекту архитекторов Николаса и Эндрю Исааков был построен в 1972г. в Манчестере (штат Нью-Хэмпшир, США). Здание имело кубическую форму, благодаря чему площадь поверхности наружных стен была минимальной, а площадь остекления не превышала 10% от нее. Таким образом, потери тепла снизили именно за счет объемно-планировочного решения. Чтобы добиться комфортных параметров микроклимата (температура и влажность), сооружение оптимально сориентировали по сторонам света и функционально зонировали все помещения. Стеклянные витражи южных фасадов удачно сочетались с массивными внутренними стенами и перекрытиями. Была предложена защита от солнца в виде выступающих навесов. Соотношение длины и ширины комнат составляло 3:2. Так как кровлю сделали плоской и покрыли светоотражающим алюминием, это снижало ее нагрев и уменьшало потребность в вентиляции в жаркое время года. На крыше дома установили солнечные коллекторы для подогрева воды в системе ГВС.
История экодома в России
В 1972г. в Академгородке Красноярска, в Институте биофизики, было построено герметичное помещение объемом 315м3 для испытания замкнутой экотехнологии длительного жизнеобеспечения человека в экстремальных земных и космических условиях. Его разделили на четыре блока: оранжерея, жилые каюты, кухня, рабочая зона. Было проведено 10 экспериментов с экипажами, в которые входило по 1-3 человека. Самый продолжительный длился 180 дней. Ученые применяли специальные патроны для поглощения углекислого газа и систему регенерации воды, очищавшую жидкие отходы до состояния питьевой воды. Чтобы удовлетворить до 80% потребности команды в пище, в оранжерее при искусственном освещении выращивали пшеницу, сою, салат, чуфу (последнюю- для получения растительного масла). Использовали растения определенных сортов с укороченными стеблями в целях экономии пространства оранжереи. Продукты животного происхождения употребляли в виде консервов. После этого эксперимента в наши дни в 5км от Академгородка строят первый в стране экологический коттеджный поселок. При этом поставлена задача: опробовать на практике экотехнологии, испытанные в Институте биофизики. Уже возведено пять домов, ведут строительство еще 20. Экотехнологии применяют пока только в некоторых зданиях и не в полном объеме. Летом 2009г. планируется воздвигнуть еще 10 домов, которые оснастят современным экооборудованием. Поселок расположен в одном из наиболее холодных регионов России, но ученые надеются добиться абсолютной энергонезависимости зданий, полной переработки органических отходов в удобрения и биотопливо, а также самообеспечения свежими, экологически чистыми продуктами питания. Такой дом имеет смысл рассматривать вместе с участком, а называть его корректнее не пассивным, а, скорее, активным, ведь вырабатываемого тепла должно хватить не только на собственное отопление, но и на обогрев оранжереи и работу биологической системы утилизации отходов. Если эксперимент удастся, будет доказана целесообразность строительства подобных экопоселений в любом регионе России.
Принцип экодома
Впервые принцип sustainable design ("проектирование устойчивой системы") сформулировали в мае 1988г. доктор Вольфганг Файст (основатель Института пассивного дома в Дармштадте, Германия) и профессор Бо Адамсон (Лундский университет, Швеция). Экологичный дом (экодом)- это здание, комфортное для жизни человека, не загрязняющее окружающую среду, энергонезависимое (использующее возобновляемые источники энергии), ресурсосберегающее (экономящее расход воды и тепла) и ресурсонакапливающее (производящее экологичные продукты питания и биотопливо).
Никакая городская квартира, никакой загородный дом не способен дать человеку такое чувство свободы и независимости, как собственный экодом. Безусловно, правительства многих стран понимают, что для устойчивого развития цивилизации понадобится перевести жилой фонд на энергосберегающие технологии. Концепцию экодома разрабатывают и совершенствуют в многочисленных исследовательских институтах по всему миру, и сегодня на ее основе построено более 2 тыс. сооружений в Германии, Дании, Швеции и других стра- нах Западной Европы, а также в США.
Актуальность экодома в России
Специфика нашей страны заключается в суровом климате, при котором экодом практически не может обойтись без дополнительного отопления. Кроме того, в России, в отличие от Запада, пока нет государственных программ и нормативных документов по строительству экодомов. Однако некоторые энтузиасты надеются решить эти проблемы, создавая экопоселения. Экомодернизация домов в России вызвана в основном тем, что тарифы на энергоресурсы начали расти (по прогнозам, в 2009г. они увеличатся на 20%). Вряд ли глобальный экономический кризис, исчерпание мировых запасов нефти, газа и угля сами по себе вынудят россиян инвестировать средства в экодома. Но экомодернизация жилищ (пусть и не в полном объеме) в перспективе может стать достаточно выгодным мероприятием: это возможность не только экономить на электроэнергии, ГВС и отоплении, но и зарабатывать, продавая излишки биотоплива, компоста и сельхозпродукции.
Ксожалению, рынка альтернативной электроэнергии в России пока нет, как нет и налоговых льгот за использование таких источников. Абез них строительство систем электроснабжения на возобновляемых ресурсах малопривлекательно. Возведение экодомов (как и любая новая технология) на данном этапе обходится значительно дороже, чем традиционных жилых зданий. Однако отказ от масштабных инженерных сетей и теплокоммуникаций делает массовое строительство экодомов дешевле возведения других типов жилья, что уже доказал западный опыт. Взимнее время случаются аварии теплосетей, в результате которых тысячи людей лишаются тепла. На ремонт изношенных труб в мерзлой земле требуются большие материальные затраты.
Преимущества экодомов
Благодатный микроклимат без радиаторов и кондиционеров (их роль выполняют теплые полы и грунтовой рекуператор);
независимость от теплосетей за счет использования солнечной энергии и альтернативных источников тепла в автономной системе ГВС;
благодаря автономной биологической очистке сточных вод можно отказаться от отравляющих природу и выделяющих метан (он рождает парниковый эффект) полей орошения;
биогенераторная система утилизации биологических отходов, превращения их в биогаз и удобрения даст возможность сократить полигоны ТБО (твердых бытовых отходов), которые являются источником "парникового" метана;
биогаз и пиролизный газ позволяют добиться энергонезависимости и остаться в гармонии с природой;
сбор и использование дождевой воды уменьшают зависимость от водоснабжения (плюс экономия драгоценного природного ресурса- питьевой воды).
Специалисты Института пассивного дома в Дармштадте рассматривают экодом как тепловую крепость: теплоизоляционные качества стен, крыши и фундамента, энергоэффективность окон и система вентиляции позволяют такому зданию удерживать тепло подобно термосу.
Надежные стены
Хорошо утепленные толстые стены, безусловно, первое и главное условие существования экодома. Специалисты Института пассивного дома в Дармштадте рекомендуют следующие величины коэффициентов сопротивления теплопередаче ограждающих конструкций экодома: наружные стены- 9-12; крыша- 14-16; фундамент- 8-10См2/Вт. Указанных параметров не удастся достигнуть, возводя стены традиционными методами из большинства теплоизоляционных материалов. Например, стена из блоков "Дюрисол" толщиной 375мм имеет величину коэффициента сопротивления теплопередаче лишь 3, См2/Вт, а стена из газосиликатных блоков (ячеистого бетона) толщиной 400мм- и того меньше: 2, См2/Вт.
Способ изготовления толстых глиносоломенных блоков, из которых выстроены некоторые американские экодома, не получил распространения в Европе. Впродвинутых западноевропейских экодомах "прижилась" система, состоящая из несущего деревянного или каменного каркаса, утепленного толстым (не менее 500мм) слоем жестких или полужестких плит из каменной ваты. Отолщине стен обычно можно судить по глубине оконных проемов. ВРоссии наиболее часто в качестве утеплителей применяют материалы таких марок, как Rockwool (международный концерн с штаб-квартирой в Дании), Paroc (Финляндия), "Кнауф", Ursa XPS (обе - Россия). Сточки зрения экологичности для экодома наиболее привлекательными можно считать плиты, изготовленные из каменной ваты. Они обладают следующими преимуществами:
нетоксичны и неканцерогенны, в отличие, например, от такого материала, как асбестовое волокно;
базальтовое волокно не ломается, не колется и не сыплется, как стекловолокно;
негигроскопичны (водопоглощение составляет не более 1,5%) при одновременной хорошей паропроницаемости;
с течением времени плиты из каменной ваты не сжимаются в объеме в отличие от стекловатных или шлаковатных плит;
материал не подвержен действию грибков и насекомых;
негорючи и термостойки- плиты из каменной ваты выдерживают температуру до 1000С.
Rockwool производит различные теплоизолирующие материалы из каменной ваты "на все случаи жизни". Легкие плиты Rockwool Лайт Баттс небольшой плотности (37кг/м3) предназначены для перегородок, перекрытий, утепления мансард, скатных кровель, сооружения полов по лагам, каркасных стен. Этот материал не оказывает большой нагрузки на стены и перекрытия хорошо пропускает через себя пар, выводя излишки влаги. Преимущества жестких гидрофобизированных теплоизоляционных плит Rockwool Флор Баттс (плотность составляет 125кг/м3), предназначенных для утепления полов и фундамента, заключаются в том, что сверху на них можно заливать битумную или цементную стяжку.
Роль метана в парниковом эффекте
Парниковый эффект- поглощение атмосферными газами тепла, излучаемого Землей. ВКиотском протоколе отмечается, что именно метан виноват в глобальном потеплении, хотя его выбросы в атмосферу намного меньше, чем двуокиси углерода. Мотивировано это тем, что для одинакового парникового нагревания атмосферы требуется в 21 раз меньше метана, чем углекислого газа. Кснижению парникового эффекта ведет даже простое сжигание метана вместо его выброса в атмосферу. Вотличие от углекислого газа, поглощаемого растениями, метан, попав в атмосферу, существует в ней десятки лет, медленно расщепляясь солнечной радиацией. Эффективное решение проблемы глобального потепления- сбор и использование метана как альтернативного возобновляемого топлива.
«Правильные» окна
Коэффициент сопротивления теплопередаче окон должен составлять не менее 1,5См2/Вт- это второе необходимое условие тепловой герметичности экодома. Требования к окнам предъявляются следующие:
конструкция оконного профиля должна обладать низкой теплопроводностью и не иметь "мостиков холода"; предпочтительны трехкамерные или пятикамерные профили толщиной 62-130мм;
желательно, чтобы двухкамерный герметичный стеклопакет был заполнен инертным газом (криптоном или аргоном), а на стекла нанесено металлооксидное низкоэмиссионное напыление (например, с оксидом титана);
окна с большой площадью остекления должны выходить на южную сторону;
для снижения потерь тепла через окна в зимнее время на ночь их лучше закрывать ставнями, рольставнями или плотными шторами.
Окна, отвечающие этим требованиям, даже зимой обеспечивают приток в дом солнечного тепла, так как специальное покрытие на стеклах не препятствует проникновению солнечных лучей, но отражает значительную часть тепла, идущую из помещения (парниковый эффект). Когда солнца нет и этот эффект отсутствует, окна следует закрывать ставнями во избежание потерь тепла.
Вэкодомах применяют деревянные или комбинированные (деревоалюминиевые или пластиковые окна с алюминиевыми накладками). Пластиковые окна имеют пустотелые рамные профили с большим количеством перегородок, например трех- или пятикамерные: Deceuninck (Бельгия), KBE, Rehau, VEKA (все- Германия).
Наиболее удачные конструкции- это оконные системы, полностью соответствующие нормам сопротивления теплопередаче даже для самых холодных районов России. Трехкамерный стеклопакет должен иметь толщину не менее 46мм. Монтажная глубина профиля- не менее 70мм. Значительное число камер в оконном профиле обеспечивает минимальную теплопроводность и сводит к минимуму «мостики холода».
Впоследнее время снова становятся популярными деревянные окна (лучший материал для них- сибирская лиственница). Причины этого:
они не накапливают статическое электричество и не притягивают пыль;
на них образуется меньше изморози и не конденсируется влага;
твердость сибирской лиственницы близка к твердости дуба и с годами даже увеличивается;
непропитанное дерево специально склеенного оконного профиля умеет «дышать» и поэтому создает в доме здоровый климат.
Для экодома лучше всего подходят деревянные окна с двухкамерными стеклопакетами (три низкоэмиссионных стекла, межстекольные камеры заполнены криптоном). Стеклопакет должен иметь теплоизоляцию с коэффициентом сопротивления теплопередаче 2См2/Вт.
Без потерь!
Третье важнейшее условие сохранения теплового контура здания- наличие приточно-вытяжной вентиляции с рекуператором тепла (теплообменником). Принцип ее действия заключается в том, что наружный холодный воздух поступает в противоточный теплообменник, в котором движется по трубам, омываемым снаружи теплым воздухом, идущим из дома в противоположном направлении. Врезультате на выходе из теплообменника уличный воздух стремится приобрести температуру комнатного, а последний, напротив, перед выходом из теплообменника стремится к уличной температуре. Так решается задача достаточно интенсивного воздухообмена в доме без потерь тепла.
Мнение специалиста
Утеплять свой дом надо в строгом соответствии со строительными нормами, чтобы экономить на отоплении. Эффективная теплоизоляция сохраняет тепло зимой и прохладу летом, она экологична, негорюча и негигроскопична. Так, через стены уходит до 40% тепла. Их эффективнее утеплить снаружи. Современные фасадные системы, например негорючая система Rockwool Rockfacade (ее монтируют и на фасаде со сложными архитектурными элементами), позволяют одновременно утеплить стены и оформить фасад.
Татьяна Смирнова, технический специалист компании Rockwool
ВРоссии, где климат более суровый, чем, например, в странах Европы, к основному рекуператору следует добавить еще и грунтовой. Его целесообразность доказана тем, что в некоторых западных экодомах применение грунтового рекуператора позволило отказаться от кондиционера. Температура грунта на глубине 8м более постоянная и составляет около 8-12С. Поэтому нужно заглублять рекуператор именно на эту величину, чтобы уличный воздух, проходя в грунте, независимо от времени года стремился принять соответствующую температуру. На улице могут стоять либо июльская жара, либо январский мороз, но в дом всегда будет поступать свежий воздух, температура которого оптимальна- около 17С.
ВРоссии возможно приобрести приточно-вытяжные установки различных зарубежных компаний (на заказ) с рекуператором производительностью до 1000м3/ч и даже более. Стоимость системы пока достаточно высока- от 225тыс.руб. Некоторые компании, например Rehau и другие, выпускают специальный комплект деталей для монтажа грунтового теплообменника, значительно увеличивающий стоимость последнего.
Гелиосистемы
Солнечные коллекторы (или батареи)- гелиосистемы- четвертое условие существования экодома. Работа солнечного коллектора основана на парниковом эффекте: поглощаемое тепловое излучение солнца значительно превосходит обратное тепловое излучение коллектора. Существует два типа солнечных коллекторов: плоские и вакуумные. Ввакуумном парниковый эффект усилен тем, что обратное тепловое излучение коллектора не может пройти сквозь вакуум- так же, как в вакуумной колбе бытового термоса. Врезультате вакуумный коллектор, в отличие от плоского, нагревает теплоноситель до высокой температуры даже в мороз, что является решающим фактором в пользу его выбора для нашей страны. Но зимой, при коротком световом дне и облачности, количество тепла, вырабатываемого солнечным коллектором, значительно снижается. Всредней полосе России выгодна солнечная система ГВС, имеющая запасной источник тепла, ведь для сбора скудного зимнего тепла нужно много дорогостоящих коллекторов. Концепции экодома в качестве такого источника тепловой энергии лучше соответствует газогенератор, сблокированный с накопительным баком ГВС и работающий на дровах- возобновляемом топливе.
Особенности эксплуатации гелиосистем
Можно нагревать накопительный бак только солнечной энергией до 10 мес в году. При очень сильной облачности и морозе, а также для стирки и мытья легко нагреть воду в накопительном баке до нужной температуры, запустив газогенератор, ведь затраты на топливо для газогенератора существенно ниже, чем при использовании только котла (экономия средств может достигать 90%). При этом в периоды работы газогенератора подземное газохранилище интенсивно пополняется газообразным топливом.
Появляется возможность отапливать теплицу круглый год, обеспечивается круглогодичное функционирование биологической системы утилизации отходов.
Можно пользоваться открытым бассейном с марта до октября (вода в бассейне нагревается энергией солнца).
Для обогрева экодома метражом 200м2 нужно 8-10 коллекторов общей площадью 32-40м2. Иэто с учетом нагревания с их помощью воды для семьи из четырех человек, а также их использования для отопления теплицы и работы системы биологической утилизации отходов. Правда, при этом необходим накопительный бак (или два бака) для горячей воды объемом 1,5-2тыс.л.
Вместо заключения
Дом с описанными свойствами не случайно называют тепловой крепостью. Внем при мягком климате не нужны ни система отопления, ни кондиционеры, нет сквозняков, не ощущается холод, так как разница температур комнатного воздуха и внутренних поверхностей ограждающих конструкций пренебрежительно мала. Дом обогревает тепло, выделяемое бытовыми приборами, телами обитателей- хозяев и домашних животных, а также солнечная энергия. Поскольку в здании нет высушивающих воздух отопительных приборов, микроклимат можно сравнить с благодатной летней погодой где-нибудь на курортах горной Швейцарии. Это благоприятно воздействует, например, на тех, кто страдает от аллергии.
Вдомах, построенных в России, с ее короткими зимними днями, когда солнечные коллекторы не могут дать достаточно тепла, приходится монтировать дополнительные системы отопления. Чтобы минимизировать их влияние на микроклимат дома, целесообразно отдавать предпочтение теплым полам. Водном из следующих номеров журнала мы расскажем об оборудовании для замкнутой системы "энергосберегающий дом- участок».
Редакция благодарит компанию Rockwool и лично Полину Кулешову, а также фирмы Viessmann и Rehau за помощь в подготовке материала.
Фото 1
Фото 2
Фото 3
Фото 4
Фото 5
Фото 6
Фото 7
Фото 8
Фото 9
Фото 10
Фото 11
Фото 12
Фото 13
Фото 14
Фото 15
Фото 16
Фото 17
Фото 18
Фото 19
Фото 20
Фото 21
Фото 22
Фото 23
Фото 24
Фото 25
Фото 26
Фото 27
Фото 28
Фото 29
Фото 30
Фото 31
Фото 32
Фото 33
Пока комментариев нет. Начните обсуждение!