Общетеоретические принципы функционирования энергосберегающих и пассивных домов

Пассивный дом (нем. - Passivhaus, англ. - Passive house) - это строительный стандарт, который не только позволяет строить энергетически эффективные и экономичные в эксплуатации здания, но и создает комфортные условия проживания, а также оказывает минимальное негативное влияние на окружающую среду. Пассивный дом - это не бренд, а целая строительная концепция, которая явилась результатом совершенствования технологий строительства и теплозащиты за последние 30 лет. В схематичном виде история развития строительных стандартов и технологий, начиная с 1980-х годов прошлого века и до наших дней, а также на ближайшую перспективу, представлена на рис. 2.1.

Как уже отмечалось ранее в главе 1, энергосбережение является лишь частью еще более общей и важной концепции - экологического, или так называемого "зеленого" строительства. Динамика развития одного из "зеленых стандартов", DGNB, который считается наиболее прогрессивным, так как является рейтинговой системой второго поколения, с момента его публикации и до настоящего времени, представлена на рис. 2.2.

При этом строительная концепция не просто пассивного, но и экологически чистого дома доступна для всех и убедительно доказала свое преимущество на практике. Под пассивным домом понимается дом, который теплоизолирован настолько эффективно, что на его отопление требуется не более 15 кВтч/(м2*год).

Рис. 2.1. История развития строительных стандартов и соответствующих им законодательных актов, принятых правительством Германии, с точки зрения потребностей в энергии на нужды отопления. Цитируется по следующему источнику: "Материалы Фраунгоферовского института строительной физики" (Fraunhofer Institut fQr Bauphysik)

Рис. 2.2. Динамика развития стандарта экологического строительства DGNB с момента публикации и до настоящего времени

При таком низком потреблении энергии (фактически, это означает, что на отопление одноквартирного дома в течение года сжигается от 200 до 300 л жидкого котельного топлива) оставшиеся потребности в обогреве могут быть удовлетворены за счет подогрева свежего воздуха, поступающего в дом через управляемую вентиляционную систему. Владельцы многих пассивных домов полностью отказались от традиционных отопительных котлов и обеспечиваемых ими систем парового отопления и горячего водоснабжения. В Германии и других европейских странах стандарт на "пассивный дом" в будущем должен вытеснить строительные стандарты, действующие на текущий момент.

Примечание

В то же самое время в США действует система оценки энергетического рейтинга дома - так называемый индекс HERS (Home Energy Rating System). Индекс HERS представляет собой рейтинговую систему, разработанную сетью энергетических компаний Residential Energy Services Network (RESNET) . В соответствии с этой рейтинговой системой дом, возведенный по спецификации типового дома HERS, построенной на основе Международного кодекса по энергосбережению (International Energy Conservation Code) , получает рейтинг HERS, равный 100, а "нулевой дом" (Zero Energy House, ZEH) - индекс, равный нулю (рис. 2.3). Таким образом, чем ниже рейтинг HERS, тем выше энергетическая эффективность дома. Снижение индекса HERS на один пункт соответствует снижению потребления энергии на один процент по сравнению с типовым домом HERS. Для коммерческих зданий и многоквартирных домов в США действует система оценки COMNET, которую можно рассматривать в качестве аналога RESNET, только для коммерческого сектора. Система состоит из технического компонента, который занимается разработкой правил и процедур для энергетического моделирования, а также аттестацией и контролем качества среди разработчиков энергетической модели и аудиторов. Рейтинг COMNET позволяет владельцам зданий претендовать на льготное налогообложение.

Разумеется, принципы строительства пассивных зданий в том виде, в котором они изначально были представлены Вольфгангом Файстом, справедливы для стран с умеренным климатом. Применительно к суровым климатическим условиям России некоторые из этих положений требуют пересмотра или коррекции. Естественно, "пассивный дом", оптимизированный для климатических условий Германии и Средней Европы, нельзя непосредственно и без доработки применить для той части России, где проживает большинство ее жителей. Например, согласно СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий", требуемый удельный расход тепловой энергии на отопление за отопительный период для одноквартирных отдельно стоящих и cблокированных домов этажностью от 1 до 4 этажей, а также многоэтажных зданий, должен составлять от 95 до 195 кВтч/(м2*год). Реальный же расход, особенно для старых зданий, превышает даже эти показатели в несколько раз.

И хотя, например, такой низкий показатель, как расход энергии на отопление не более 15 кВтч/(м2*год), в наших условиях достижим со значительными оговорками, но вполне реально стремиться к таким величинам удельного расхода на ото-

Рис. 2.3. Оценка энергетической эффективности дома по рейтингу HERS

пление, как 25 -35 кВтч/(м2*год), что примерно соответствует так называемому стандарту "трехлитрового дома" (см. рис. 2.1). Даже этот показатель существенно лучше, чем требования нашего СНиП, и уже это позволит добиться значительной экономии энергии. В настоящее время в России энергетические паспорта в том виде, в котором они используются, рассматривают только нормы по теплозащите, включая ограждающие конструкции, и в целом энергетическую эффективность всей системы доставки тепла, однако не учитывают освещение и вентиляцию.

Но основные принципы энергетически эффективного строительства универсальны, и богатый опыт Института пассивного дома, безусловно, следует изучать и осваивать. На сегодняшний день в России этим занимается НП ("Некоммерческое партнерство") АВОК (http://www.abok.ru/), профессиональное сообщество "Инженеры по отоплению, вентиляции, кондиционированию воздуха, теплоснабжению и строительной теплофизике".

Вкратце концепция пассивного дома выглядит следующим образом (рис. 2.4):

П снижение тепловых потерь за счет улучшенной теплоизоляции стандартных строительных элементов (кровля, стены, полы), уменьшение или полная ликвидация "тепловых мостиков"1, герметизация оболочки здания, формируемой его ограждающими конструкциями, применение специальных окон, предназначенных именно для пассивного дома;

П оптимизация тепловых поступлений за счет применения вентиляционной системы с рекуперацией тепла из вытяжного воздуха, а также использования альтернативных источников энергии (тепловых насосов, грунтовых теплообменников, солнечных коллекторов и др.).

Рис. 2.4. Разрез пассивного дома, иллюстрирующий принципы его функционирования - массивная теплоизоляция, специальные окна, сертифицированные для пассивных домов, система вентиляции с рекуперацией тепла и использование альтернативных источников энергии

Чтобы обеспечить столь жестко заданную требуемую величину удельного расхода тепловой энергии на отопление, равную 15 кВтч/(м2*год), для пассивных домов в климате Средней Европы со временем был установлен ряд обязательных требований:

П коэффициенты теплопередачи U для наружных стен, кровли и полов первого этажа должны составлять менее 0,15 Вт/(м*К) (или R1
0 > 6,7 (м2*°С)/Вт, где R0 = 1/U);

П для остекления иост < 0,7 Вт/(м*К) или R0 >1,4 (м2*°С)/Вт);

П для оконного профиля ипроф < 0,8 Вт/(м*К) или R0 > 1,25 (м2х°С)/Вт;

П приведенный коэффициент теплопередачи окна с учетом монтажа в стену иокн < 0,85 Вт/(м*К) или R0 > 1,2 (м2*°С)/Вт;

П максимально возможное снижение негативного эффекта от "тепловых мостиков". Это влияние можно не учитывать, если линейный коэффициент теплопередачи < 0,01 Вт/(мхК);

П чтобы обеспечивался эффективный возврат тепла, КПД рекуператора должен составлять не менее 75% (рекомендованные значения - 80% и более);

П должна обеспечиваться герметичность наружной оболочки здания. Кратность воздухообмена1 при разности давлений 50 Па наружного и внутреннего воздуха должна составлять n50 < 0,6 ч-1.

В этой главе мы рассмотрим такие важные разделы, касающиеся строительства зданий с низким потреблением энергии и пассивных домов, как:

П конструирование без "тепловых мостиков";

П воздухонепроницаемость;

П контроль уровня влажности.