Пасивний будинок – новинки енергозбереження – СамСтрой – будівництво, дизайн, архітектура.

Ми живемо в епоху змін. Ця фраза в формі застереження, що належить Конфуцію, відображає всю хиткість нинішнього світу. Ми пристосовуємось, адаптуємося, затягуємо тугіше пояси. У тому числі через чергового подорожчання електроенергії, газу. Будинки, в яких ми живемо все дорожче утримувати. Часто чуємо вигуки про енергоефективності та економії.

Тим часом, в світі вже давно все продумано і опрацьовано, бери та користуйся готовим досвідом і технологіями. Існує кілька концепцій житла, як мінімально споживає енергію, так і віддає її зовнішнім споживачам: пасивний будинок, нульовий будинок, активний будинок, енергозберігаючий будинок. Якщо коротко, то пасивним вважається будинок, споживання енергії на опалення якого становить, в залежності від регіональних стандартів, не більше 10-15 кВт · год / м? Рік. Нульовим є будинок, споживання і виробництво енергії яким від поновлюваних джерел однаково. Ну а активним буде той будинок, який виробляє більше енергії від поновлюваних джерел, ніж споживає, а надлишок віддає, наприклад, в загальну мережу. Легко помітити, що нульовим і активним може бути будь-який будинок, при установці в ньому відповідної потужності вітрогенератора, сонячних батарей, або біогазової установки. Ось це і є принципова різниця – істотні додаткові витрати від вартості самого будинку наенергосберегающее обладнання. Інша справа спочатку спроектований і побудований пасивний будинок, розрахований на багато років експлуатації, який, при додаткових мінімальних витратах, може стати нульовим, а при трохи великих – активним. Концепція пасивного будинку передбачає, що це відносно недороге будівництво, таке житло може коштувати стільки ж, скільки звичайний будинок, або незначно дорожче. Різниця у вартості повинна швидко окупитися за рахунок низьких експлуатаційних витрат.

Отже, пасивний будинок. Він являє собою будинок з гранично мінімізованими тепловими втратами, оптимально орієнтоване по сторонах світу, органічно вписане в навколишній ландшафт. В ідеалі пасивний будинок повинен бути незалежною енергосистемою, взагалі не вимагає витрат на підтримку комфортної температури. Вся необхідна енергія для життєдіяльності людей повинна вироблятися всередині самого будинку. Як приклад, якщо відповідно одягнутися, можна себе дуже затишно почувати навіть в морози – одяг, фактично термоізоляція, зберігає тепло нашого тіла. Ось і пасивний будинок повинен бути такою собі «терморубашкой», зберігати тепло, не пропускати ні спеку, ні холод. Це досягається відмінною теплоізоляцією, герметичністю, поверненням тепла витяжної вентиляції в будинок з припливом свіжого повітря, енергоефективної побутовою технікою. В теорії все просто, але на практиці концепція пасивного будинку вимагає перегляду деяких традиційних технологій будівництва. На малюнку нижче наведені основні тепловтрати звичайного будинку.

Як бачимо, власне зменшення тепловтрат вимагає рішення ще цілого набору необхідних завдань – термоізоляції стін, даху та фундаменту, конструкції вікон і системи гарячого теплопостачання. Так само обов’язкова практично повна герметичність будівлі і наявність примусової вентиляції з рекуперацією тепла.

Концепція пасивного будинку.

Отже, концепція енергозберігаючого будинку передбачає наступне:

– правильна орієнтація будівлі по сторонах світу, відкритість і відсутність затінення південного фасаду, захист від вітру північній глухий боку будівлі зеленими насадженнями, деревами, іншими будівлями госп. призначення;

– максимальна компактність будівлі – співвідношення площі огороджувальних конструкцій – стін, вікон, даху, підлоги і всього обсягу будівлі (його корисної площі). Чим менше площа огороджувальних конструкцій по відношенню до корисної площі будівлі, тим компактніше воно;

– по можливості повна відсутність балконів та інших зовнішніх елементів. Ідеальною вважається максимальна наближеність форми будівлі до півсфері, що стоїть зрізом на землі;

– розташування з півдня максимальної кількості вікон, світлопрозорих конструкцій, які пропускали б глибоко в будівлю промені низького зимового сонця, але не більше 40% від площі стін;

– наявність зовнішньої річної сонцезахисту у вигляді еркерів, карнизів, терас, затінюють світлопрозорі конструкції, вікна і не дають потрапляти променям високого літнього сонця в будівлю;

– оптимальне розташування і співвідношення вікон і інших світлопрозорих конструкцій повинно бути наступним: 70-80% з південного боку, 20-30% з східної, 0-10% із західного

– відсутність на північній стороні вікон, Поликарбонат, через які тепло покидало б будівля;

– поділ на буферні і житлові зони; розташування допоміжних приміщень з півночі в якості буферних зон; розташування житлової зони на південному сході;

– наявність потужних акумулюють елементів всередині приміщень – стін з повнотілої цегли або бетону, оброблених зсередини, наприклад, глиняного штукатуркою, для забезпечення прийому, збереження і віддачі ними енергії в місцях, куди потрапляють прямі сонячні промені від низького зимового сонця;

– уловлювання акумулюють елементами енергії внутрішніх джерел тепла – побутових приладів, комп’ютерів, освітлення, тіла людини, і т.п .;

– повне утеплення всього периметра будівлі: фундаменту, стін, даху; тобто, створення зовнішньої теплоізоляційної оболонки будівлі – теплопровідність щільних огороджувальних конструкцій (фундаменту, стін, даху) в пасивному будинку не повинна перевищувати 0,15Вт / м? ХС ?. Теплопровідність вікон і інших світлопрозорих конструкцій не повинна перевищувати 0,85Вт м? ХС ?;

– внутрішня теплоізоляція всіх зовнішніх огороджувальних конструкцій – фундаменту, стін, даху;

– максимально можлива герметичність (воздухонепроницаемость) зовнішньої оболонки будівлі; – система припливно-витяжної вентиляції з рекуперацією;

– використання підземних каналів (грунтових теплообмінників) для пасивного попереднього підігріву (або охолодження) повітря і води.

Використання вище перерахованих прийомів дозволяє енергозберігаючому будинку дуже добре зберігати тепло: взимку при аварійному відключенні системи опалення температура всередині такого будинку знижується лише на 1-2 ° С на добу.

Якими способами вирішуються описані завдання? Наприклад, правильна орієнтація будівлі залежить від рельєфу місцевості, від сезонних вітрів, наявності або запланованої посадки зелених насаджень, дерев. Вимога до відкритості південного фасаду має ключове значення для надходження сонячної енергії, передбачає достатній вільний простір з цього напрямку. Захищеність північній частині будівлі теж не маловажно – чим краща прикрита північна сторона будівлі, тим менше втрат буде в цьому напрямку. Виграшно виглядають в цьому відношенні будинку на південних схилах пагорбів, а так же будинку, прикриті з Півночі не житловими будівлями, садом, лісом, посадкою.

Хоча оптимальною формою, при максимальному обсязі і мінімальної площі, буде півсфера, форма пасивних будівлі може істотно відрізнятися, в залежності від завдань і потреб. На це впливає площа ділянки під будинок, площа його південного фасаду, архітектурні рішення, поверховість, а так само інші вимоги, зокрема, наявність зовнішньої річної сонцезахисту.

Так що насправді наближене до півсфері рішення можна зустріти дуже рідко, в експериментальних проектах. Найчастіше використовується форма будинку, в розрізі з півночі на південь нагадує неправильний багатокутник, з великим південним фасадом і зменшеною площею північного боку. У плані пасивний будинок може бути так само багатокутним, з південно-східним і південно-західним фасадами, але найбільшою популярністю користується план з подовженням по осі захід-схід. Над вікнами, світлопрозорими конструкціями південного фасаду обов’язково повинні розташовуватися елементи зовнішньої сонцезахисту – тераси, козирки, навіси, що перешкоджають проникненню сонячного випромінювання в житлові приміщення в літній період і навпаки, дозволяють низькому зимового сонця максимально прогрівати кімнати.

Внутрішня компоновка пасивного будинку підпорядкована все тієї ж задачі мінімізації тепловтрат житлової зони і максимальному надходженню сонячного тепла в неї. Для вирішення в північній частині будинку зазвичай розташовують не житлові приміщення – ванні кімнати та санвузли, кухню, комори. Житлові приміщення – спальні, дитячі, вітальні – розташовують в південно-східній, південній частинах будинку. Пасивні будинки часто мають відкриті плани (перетікають простору) для полегшення термосифонного ефекту в переміщенні сонячного тепла від південного фасаду через весь будинок. Для розподілу теплого повітря в будівлях з закритими планами використовується система вентиляції.

Особливе місце в енергозберігаючому будинку приділяється використанню сонячного тепла. Щоб промені вільно проникали всередину в холодний період року, площа скління може становити до 40% південного фасаду. Для збереження сонячного тепла внутрішні стіни житлових приміщень, розташовані навпроти вікон, роблять теплоакумулюючими і виготовляють з матеріалів високої щільності: бетону, цегли, каменю, саману. Ці матеріали, через ефект теплової інерції – здатності поглинати енергію і віддавати її через якийсь час, можуть запасати теплову енергію для подальшої повільного її віддачі, знижуючи температурні коливання в будівлі.

Таким чином, значну частину опалювального навантаження будівлі може нести сонячна енергія.Главним способом запобігання втрат в пасивному будинку є теплоізоляція. При цьому проводиться чіткий поділ функцій будівельних матеріалів в конструкціях. Конструкційні та кріпильні елементи повинні забезпечувати міцність, утеплювачі повинні забезпечувати теплову ізоляцію, декоративно-оздоблювальні матеріали – зовнішній вигляд. При такому підході вдається скоротити кількість мостів холоду, через які тепло з будинку може виходити назовні. У будинку формується кілька шарів теплоізоляції – внутрішня і зовнішня.

Для зовнішньої теплоізоляції стін застосовують системи зовнішнього утеплення будівлі. Це вентильовані навісні фасади і системи фасадного утеплення з штукатурним шаром. Крім того, використовуються теплоізоляційні панелі товщиною 25 – 40 см. Теплоізоляція повинна бути безперервною, без отворів. Наприклад, балкони не повинні безпосередньо стикуватися з огороджувальними конструкціями – стінами, перекриттями, а відокремляться від них термоізоляцією і розташовуватися на зовнішніх опорах.Внутренняя теплоізоляція часто виконується в одному блоці з пароізоляцією, для збереження повної герметичності будівлі, а так само з внутрішнім декоративним покриттям, в тому числі з екологічно чистих матеріалів.

Термоізоляція даху має так само важливе значення, і рішення аналогічні термоізоляції стін. У пасивних будинках ще з перших проектів широко поширена односхилий дах, яку легше утеплювати, хоча зустрічаються складні ламані конструкції.

Термоізоляція даху – це багатошарова система, що включає як власне теплоізоляцію із запобіганням освіти мостів холоду, так і пароізоляцію, що дозволяє вентилювати дерев’яні елементи даху, а так само перешкоджає утворенню конденсату, що знижує ефективність ізоляційних властивостей утеплювача. Крім повністю утеплених дахів, зустрічаються холодні покрівлі, коли утеплюється верхнє перекриття, а власне покрівля є окремим елементом конструкції будинку.

Фундамент – фундамент – теж повністю теплоізолюється з одночасною гідроізоляцією. Вирішується це наступними заходами: теплоізоляцією фундаменту зовні по всій висоті; установкою горизонтальної зовнішньої теплоізоляції по периметру будинку у нижньої кромки опори фундаменту; установкою фундаментних блоків на піщану подушку; застосуванням схеми укладання плити першого поверху на грунт через сендвіч: піщана подушка, гідроізоляція, товстий утеплювач; так само фундаментні блоки над поверхнею повинні мати теплоізоляцію зовні і зсередини. При такій схемі зона промерзання грунту буде перебувати на значній відстані від будинку і витоку тепла через підпілля будуть несуттєві. Аналогічним чином вирішуються проблеми скорочення тепловтрат при облаштуванні підземних приміщень. Крім утеплення фундаменту також проводяться заходи по теплоізоляції перекриття.

Велика увага в пасивних будинках приділяється склінню і вікон. У вікнах для таких будинків використовують герметичні склопакети, щонайменше, з двома контурами ущільнень між рамою і стулками. При цьому самі вікна повинні бути оснащені склопакетом з низько емісійним покриттям, заповненим інертним газом, наприклад аргоном. Рами виготовляються з профілю із заповненням, з мінімальним коефіцієнтом теплопередачі, а так само з дерева. Часто вікна роблять не відкриваються, або відкриваються тільки на провітрювання. Іноді, для додаткової теплоізоляції, на вікнах встановлюють віконниці, жалюзі або шторки. Для запобігання утворенню мостів холоду вікно при монтажі виноситься в площину теплоізоляції. Тому необхідно приділяти особливу увагу належної установці віконних конструкцій, наприклад, забезпечити ретельну закладення в теплоізоляційний шар, контролюючи при цьому герметичне і щільне

Ще одним джерелом тепловтрат є вхідні двері. Тому при вході в енергосьерегающій будинок повинен бути тепловий тамбур і другі двері. Вимоги до ущільнення притвору дверей і стику дверної коробки з конструктивними елементами будівлі такі ж, як для вікон.

Місця примикання даху, стін, фундаменту пасивного будинку намагаються робити із застосуванням термовкладок з конструкційних матеріалів з низькою теплопровідністю. Наприклад, блоків з пористого бетону, спеціальних видів цегли і т.д. Місця сполучень додатково герметизують різними видами герметиків, пластичними будівельними розчинами.

До речі, показовим є приклад Скандинавії, коли в шведських пасивних будинках товщина ефективної теплоізоляції в стінах виходить не менше 400 мм, в даху – не менше 500 мм, в нижньому перекритті – не менше 300 мм.

В принципі, застосовуючи сучасні теплоізоляційні матеріали, показник витрат енергії на опалення можна знизити менше нормативу, але розрахунки Інституту пасивних будинків продемонстрували, що саме при 15 кВт чисто математично досягається екстремум за показником «ефект / витрати». Якщо намагатися знизити до нуля витрати на тепло, різко зростають витрати на будівництво і складність системи.

Однією з найважливіших інженерних систем пасивного будинку, що дозволяють істотно зменшити втрати тепла, є система вентиляції з рекуперацією повітря – припливний і витяжний вентиляційний канали повинні проходити через рекуператор, де частина тепла відпрацьованого, але нагрітого повітря передається свіжому, але холодного повітря з вулиці. Так само припливне канал для забору повітря може бути прокладений під землею, нижче рівня промерзання, щоб додатково підігріти (або охолодити влітку) повітря. Але для досить холодного клімату застосування такого теплообмінника сумнівно, тому що існує реальна небезпека конденсації і замерзання в ньому вологи при низьких температурах.

В кінцевому підсумку система рекуперації дозволяє повертати в приміщення до 90% тепла минає повітря.

Підвищення енергоефективності будинку за допомогою альтернативних джерел.

Для ще більшого збільшення енергоефективності пасивного будинку застосовується цілий ряд інженерних рішень, спрямованих як на економію споживання зовнішньої енергії – сонячні установки і теплові насоси, так і на виробництво електроенергії – комплекти сонячних батарей.

Геліоколектори, що дозволяють максимально використовувати сонячне випромінювання для нагрівання води, забезпечують пасивний будинок гарячим водопостачанням в весняно-літній період, а так само можуть підтримувати систему низькотемпературного опалення – тепла підлога, теплі стіни. Тепловий насос високоефективно використовує потенціал навколишнього середовища – повітря, землі, води, дозволяючи отримати на виході в кілька разів більше теплової енергії, ніж витрачається електричної. У пасивному будинку, завдяки його мінімальним тепловим втратам, тепловий насос буде працювати тільки в найхолодніші дні року, а його максимальна продуктивність досягається при спільній роботі з низько потенційного системами опалення – фанкойлами, тими ж теплими підлогами, теплими стінами. Сонячні батареї і вітряні генератори, перетворюючи в електроенергію сонячне випромінювання і енергію вітру, дозволяють зробити пасивний будинок нульовим. А якщо їх енергетична ефективність вище споживання пасивного будинку, то і активним, при чому з набагато меншими встановленими потужностями, а значить, і вартістю системи, ніж знадобилося б звичайному будинку.

Застосування таких систем, як геліоколектори, тепловий насос, рекуперація повітря, веде до відмови від традиційних способів опалення – радіаторів, батарей, котлів, камінів, дров’яних печей з їх низькою ефективністю. Але навіть в такому сучасному житло, яким є пасивний будинок, часто використовуються додаткові печі на рослинному паливі. Найкращі – це дров’яні печі повільного горіння з каталітичним дожигом горючих газів. Самі печі з каталітичним дожигом, або піролізні котли, мають дуже високий ККД, порядку 80%. Низькі тепловтрати екодома дозволяють використовувати такі котли малої потужності, а дрова є поновлюваним джерелом енергії.

Крім прямого обігріву будинку існують системи з сезонною акумуляцією теплової енергії від сонячного випромінювання. Функцію перетворення енергії сонця в тепло здійснюють геліоколектори, а акумуляторами виступають гравій, засипаний в спеціальні контейнери, грунт під будинком, великі ємності з рідиною. Такі акумулятори тепла використовують для збільшення теплової інерції будинку. Так само вигідно і зручно, коли акумулятори тепла виконують функції конструктивного елементу будинку, при простій власної конструкції і недорогому пристрої. За рахунок теплопровідності ці акумулятори швидко втрачають енергію, тому їх облаштування вимагає хорошої тепло- і гідроізоляції, але дозволяє максимально використовувати енергію сонця цілий рік, запасаюча влітку і витрачаючи взимку. Існують так само гібридний теплонасос – геліоколлекторние установки, влітку прогрівають від сонця грунт через підземні зонди, а в опалювальний період відбирають його тепло, тим самим значно підвищуючи СОР теплового насоса.

Отже, на додаток до максимальної економії енергії пасивний будинок вимагає мінімальних витрат на опалення і гаряче водопостачання, а так само, що не маловажно, дозволяє створити внутрішню комфортне середовище проживання, адже людина в середньому понад 60% свого часу проводить саме вдома. Створення комфортного середовища проживання – це, як говорилося вище, застосування низькотемпературних систем опалення – теплих стін, підлог, дають взимку ефект нагрівання сонячними променями, використання в обробці і покриттях натуральних матеріалів – глиняної штукатурки, каменю, дерева, лінолеуму з стружки дерева і лляної олії . Всі разом дозволяє створити комфортні, екологічні умови, одночасно надаючи мінімальний негативний вплив на навколишнє середовище. Власна стабільність в епоху змін.