Пассивный дом

[stanislavuch]

Пассивный дом. Понятие и основные принципы проектирования пассивного дома.

В статье приведена классификация зданий по их уровню энергопотребления, рассматриваются основные принципы проектирования и строительства пассивных домов.
Классификация зданий по их уровню энергопотребления.

Для того чтобы понять, как различные строения отличаются между собой по их уровню энергоэффективности (или отсутствия такового), рассмотрим для начала европейскую классификацию зданий в зависимости от уровня энергопотребления во время их эксплуатации:

• Старые здания (здания построенные до 1970-х годов) -требуют для своего функционирования (отопления и охлаждения) около  300 кВт-час/м² в год. Этот стандарт, к сожалению, до сих пор отвечает и обычному зданию, которое строится в Украине.
• Новые здания (которые строились в Европе с 1970-х до 2002 года) - 150 кВтh/(м²a).
• Дома низкого потребления энергии (с 2002 года в Европе не разрешено строительство домов с большим энергопотреблением!) - 60 кВт-час/м² в год.
• Пассивный дом (принят Закон, согласно которому с 2019 года в Европе нельзя строить дома по стандартам ниже, чем пассивный дом) - 15 кВт-час/м² в год.
• Дом нулевой энергии (здание, архитектурно имеющее тот же стандарт, что и пассивный дом, но инженерно оснащенное так, чтобы потреблять исключительно только ту энергию, которую само и вырабатывает) - 0 кВт-час/м² в год.
• Дом плюс энергии (здание, которое с помощью установленного на нем инженерного оборудования: солнечных батарей, коллекторов, тепловых насосов, рекуператоров и т.п. вырабатывает больше энергии, чем само потребляет).

С 2019 года в Европе можно будет строить дома не ниже стандарта пассивного. При этом, дома нулевой или плюс энергии не отличаются от пассивного стандарта своими архитектурно-планировочными решениями и принципами строительства. В них увеличивается только объем и мощность инженерного оборудования на основе альтернативных источников энергии.

Таким образом, пассивный дом - это стандарт, к которому сейчас cтремится прогрессивное европейское сообщество. Считается, что концепция пассивного дома предлагает застройщику рациональное соотношение цены и получаемого качества в проектировании и строительстве. В зависимости от желания и финансовых возможностей заказчика, пассивный дом может потребовать увеличения затрат при строительстве от 3% до 30% по сравнению со стоимостью возведения обычного украинского дома. Но, при этом, на эксплуатационных расходах в этом доме будет экономится от 70% до 99%, что, к сожалению, у нас в Украине еще не очень актуально, так как цены на энергоносители далеки от европейских.

И все же, если только с помощью рационального проектирования можно значительно уменьшить затраты на эксплуатацию здания, то почему бы и нет?

Первое, что нужно понимать, когда речь заходит о пассивном доме: для того чтобы строить энерговыгодно средств нужно не на много (на 3-7%) больше, чем для обычного строительства. Ведь пассивный дом называется «пассивным» именно потому, что он уже за счет своей архитектуры - то есть не активно (с помощью инженерного оборудования), а пассивно (с помощью планировочного решения) - поглощает, аккумулирует и сохраняет для своих жильцов максимальное количество энергии из окружающей среды. Это достигается именно с помощью архитектурно-планировочного решения, которое основывается на обеспечении попадания внутрь здания максимального количества энергии от низкого зимнего солнца и максимально долгого ее сохранения с помощью качественной теплоизоляции, соответствующего пространственно-планировочного решения, а также почти полного отсутствия теплопотерь через вентиляцию.
Основные принципы проектирования пассивных домов.

Суть пассивного дома заключается в экономии уже 80% энергии на эксплуатационных расходах только с помощью соответственного архитектурного проектирования, а также использования системы контролируемой приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией. Основные принципы проектирования пассивного дома можно разбить на следующие подразделы:

Ландшафтно-планировочные.

Правильная ориентация здания по сторонам света, основные принципы "правильности" описаны ниже:

• ветрозащита северной глухой стороны здания, закрытость этой стороны: зеленые насаждения, лес, другое здание и т.п.;

• открытость объема здания с юга, отсутствие затенения южного фасада.



Рис 1.Пример применения основных ландшафтно-планировочных и некоторых объемно-планировочных принципов

На рисунке 1 видно, как применены эти принципы, на примере пассивного дома под Черниговом  (арх. Т.Эрнст). План дома компактный. С южной стороны выполнено полное остекление Северный фасад глухой, без окон, со стороны северного фасада внутри дома расположены буферные зоны. С севера дом защищен дерерьями, с юга- полностью открыт.

Объемно-планировочные.

• максимальная компактность здания. Компактность - это соотношение площади ограждающих конструкций (оболочки здания) и всего объема здания (его полезной площади). Чем меньше площадь ограждающих конструкций по отношению к полезной площади здания, тем компактнее оно;
• по возможности полное отсутствие эркеров, внутренних углов, балконов и т.п. Идеальной считается максимальная приближенность формы здания к самой компактной: полушару, стоящему срезом на земле;
• зонирование: разделение на буферные и жилые зоны;
• расположение вспомогательных помещений с севера в качестве буферных зон;
• расположение жилой зоны на юго-востоке;
• расположение зимних садов с южной стороны;
• наличие наружной летней солнцезащиты в виде выступающих архитектурных элементов: эркеров, карнизов, балконов, террас, затеняющих светопрозрачные конструкции и не дающие попадать лучам высокого летнего солнца в здание.

Примечание: этот пункт не должен вступать в противоречие с требованием к компактности плана (то есть, компактности именно "теплого" объема здания). Защита от солнца- это архитектурные элементы, а не "вычурность" плана дома. Солнцезащитные элементы имеют, как правило, свою собственную несущую конструкцию и отдельный фундамент, так как являются "холодными" (не утепленными) и находятся снаружи от утепленной оболочки здания.



Рис 2. Разрез-схема попадания солнечных лучей в дом

На рисунке 2 показано, как применены объемно- планировочные принципы, на примере типового пассивного дома (арх.Т.Эрнст). Видно, как проникают в дом лучи низкого зимнего солнца, при этом выполнена защита от летнего перегрева (с помощью свеса кровли, а также навеса террасы). Также видно, что буферные помещения дома расположены с северной строны.

Фасадные (правильное остекление здания).

• отсутствие светопрозрачных частей, через которые тепло покидало бы здание, на его северной стороне;
• расположение с юга максимального количества светопрозрачных конструкций, которые пропускали бы глубоко в здание лучи низкого зимнего солнца;
• окна и другие светопрозрачные конструкции должны располагаться на фасаде в таком соотношении: 70-80% всех окон с южной стороны, 20-30% с восточной, 0-10% с западной и полное их отсутствие с северной.

Рис 3. Пример почти полного остекления с южной стороны (пассивный дом в Киеве, арх Т.Эрнст)



Рис 4. Пример неостекленного глухого фасада с северной строны, (пассивный дом под Черниговом, арх Т.Эрнст)

Аккумулирующие.

• наличие массивных аккумулирующих элементов внутри помещений для обеспечения приема, сохранения и отдачи ими энергии в местах, куда попадают прямые солнечные лучи от низкого зимнего солнца. Массивными аккумулирующими элементами в этом случае могут служить стены из полнотелого кирпича или бетона, желательно, отделанные изнутри глиняной штукатуркой. Если  стены изнутри отделаны гипсокартоном - то массива уже нет. Если стены выполнены из пустотелого кирпича,  пено или газоблока, или дерева - то массива тоже нет;
• использование тромб-стен.

Примечание: тромб стены предназначены для улавливания и аккумулировании солнечного излучения, используемого для нагревания воздуха внутри отапливаемого здания. Циркуляция воздуха в пространстве между остеклением и лучепоглощающей поверхностью - естественная, при этом воздух из каждого помещения выходит через отверстие в нижней части стены, проходит между стеной и остеклением наверх, и уже нагретый воздух возвращается в помещение через отверстия в верхней части теплоаккумулирующей стены.

• планирование неглубоких помещений, в которых низкое зимнее солнце попадало бы на заднюю массивную (желательно темную) стену, прогревая ее;
• массивные элементы внутри здания (простенки, внутренние части утепленных наружных стен) также способствуют пассивному накоплению в здании ночного холода в летний зной;
• улавливание аккумулирующими элементами энергии «внутренних источников тепла» (бытовых приборов, тела человека, лампочек, компьютеров и т.п.).

Рис 5. Пример освещения комнаты лучами низкого зимнего солнца (пассивный дом в Киеве, арх Т Эрнст
 Изоляционные.

• качественная наружная теплоизоляция внешней оболочки здания: полное утепление всех сторон здания: фундамент, стены, крыша и т.д.;

Примечание:  под "качественной теплоизоляцией" подразумевается, что теплопроводность  плотных ограждающих конструкций (фундамента, стен, крыши) в пассивном доме не должна превышать 0,15Вт/(м²хК). Теплопроводность окон и других светопрозрачных конструкций не должна превышать 1Вт/(м²хК).

• качество теплоизоляционного материала: его коэффициент теплопроводности, уровнь паронепроницаемости и теплоотражающих свойств, необходимая толщина слоя утеплителя;
• качество нанесения теплоизоляции: отсутствие щелей между ее частями, деталями, стыками, фугами, швами; отсутствие мостиков тепла (проверяется термографированием, при помощи тепловизора);
• максимально возможная герметичность (воздухонепроницаемость) внешней оболочки здания (проверяется тестом Blower Door). 

Рис 6. Пример утепления  и гидроизоляции под фундаментной подушкой



Рис 7. Наружная изоляция стен пассивного дома в Киеве, арх.Т.Эрнст

Инженерные.

• система контролируемой приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией ;
• использование подземных каналов (грунтовых теплообменников ) для пассивного предварительного подогрева (или охлаждения) воздуха или воды.

Рис 8. Пример рекуператора



Рис 9. Пример грунтового теплообменника

Выводы.

За счет вышеперечисленных приемов, пассивным способом, экономится огромное количество энергии. В результате - мы получаем пассивный дом, который на эксплуатацию (отопление и охлаждение) требует не более 20% от обычного дома. Причем это не стоит застройщику почти никаких дополнительных инвестиций при строительстве. Все что нужно сделать - это создать правильный архитектурный проект будущего здания и качественно воплотить его в жизнь. Дополнительные расходы на увеличение толщины утеплителя, как правило, нивелируются компактностью здания. А система приточно-вытяжной вентиляции является, по большому счету, обязательной абсолютно для любого типа здания, а не только для энерговыгодных домов. Ведь контролируемая вентиляция - это единственный метод, который обеспечивает 100% качество воздуха постоянно.

Дополнительную же энергию на обслуживание дома можно экономить уже активно: с помощью соответствующего инженерного оборудования (тепловые насосы, солнечные коллекторы, солнечные батареи, ветряки и т.п.), работающего от альтернативных источников энергии (тепла земли и солнца, силы ветров и т.п.). Подобная инженерия в пассивном доме является не обязательной, а только опциональной. Она может значительно (на 10-30%) повысить сметную стоимость здания, но с ее помощью можно свести затраты по эксплуатации дома и его вредное воздействие на окружающую среду практически к нулю, получив, так называемый дом «нулевой энергии», а при желании и наличии средств, даже дом «плюс энергии».