В этой статье: первый экодом — эскимосский иглу; европейские разработки пассивного дома; требования к расположению дома; теплоизоляция всех конструкционных элементов экодома обязательна; как обеспечить воздухоснабжение в пассивном доме; экономное отопление.
Около века назад окончательное решение проблемы с обеспечением домов тепловой энергией виделось в переходе на конвективное отопление, благо углеводородов в России было с избытком. Центральное теплоснабжение, поставляющее горячую воду в жилые и административные здания, работало с большими теплопотерями при транспортировке, «баловало» граждан периодическими авариями, однако всё компенсировалось низкими расценками. В наши дни теплосеть лучше работать не стала, но её расценки существенно выросли, что объясняется постоянным повышением мировых цен на углеводороды. Единственный способ сэкономить на счетах за тепловую энергию — уменьшить её потребление путём снижения теплопотерь конструкционных элементов здания. И в этих целях разрабатываются и возводятся здания особого типа — экодома, или, как их ещё называют, пассивные дома.
История создания пассивного дома
За тысячелетия человечество серьёзно продвинулось в области строительства различных сооружений, но так и не решило проблему потери тепла, предпочитая компенсировать её развитием отопительного оборудования. И действительно, ещё три десятка лет назад экономить энергоносители не было необходимости, поскольку они обходились потребителям совсем недорого. С тех пор прошло не так много времени, однако расценки на коммунальные услуги серьёзно возросли и единственный способ снизить их — обзавестись энергосберегающим жильём.
Первый в своём роде экодом был создан народом, традиционно обитавшим в северной части нашей планеты — эскимосами. На заполярных территориях Европы энергоносители практически полностью отсутствовали, даже обычная древесина была редкостью. К тому же единственным «строительным материалом», доступным для эскимосов всегда и в изобилии, был лишь снег. Да, пассивный дом северного народа был создан именно из снега — он носит название «иглу», выкладывается из снежных кирпичей и имеет форму купола.
Источников отопления в эскимосском иглу два — светильники, наполненные китовым или тюленьим жиром, а также тепловое излучение тел домочадцев. Снежный дом отлично держит тепло, через короткое время в нём создаётся комфортная для человека температура до +18 °С, а избыток влаги поглощается снежными кирпичами. Что особенно удивительно, эскимосским строителям прошлого удалось решить проблему воздушного снабжения иглу так, чтобы тепло из него не улетучивалось при проветривании — вход в дом из снега устраивался в самой нижней точке пола с тем, чтобы тяжёлый газ CO2 улетучивался через этот канал, замещаясь лёгким кислородом, поступающим снаружи.
Строительные эксперименты по созданию зданий, обладающих наименьшим энергопотреблением, проводились в прошлом веке в США и Финляндии. Возведённые по особым проектам здания, одно в американском Манчестере (штат Нью-Гемпшир), второе в финском Отаниеми, возводились согласно климатическим условиям в данной местности, на их северном фасаде полностью отсутствовали остеклённые проёмы, форма кровли рассчитывалась под угол падения солнечных лучей в разное время года, кровельное покрытие окрашивалось в светлые тона. Каждый дом оборудовался сложной системой вентиляции, поглощавшей солнечное излучение, роль теплообменников при этом выполняли специально разработанные стеклопакеты и роллеты, отопление базировалось на геотермальных тепловых насосах. Энергопотребление в этих домах удалось серьёзно снизить, однако значительно сократить конструкционные теплопотери зданий не удалось.
Идея создания полноценного пассивного дома принадлежит профессорам Бо Адамсону (Университет г. Лунд, Швеция) и Вольфгангу Файсту (Институт жилищного строительства, Германия), решивших реализовать её после их встречи в мае 1988 года. Разработка концепции экодома финансировалась правительством земли Гессен (Германия) — результаты оказались настолько впечатляющими, что в сентябре 1996 года в гессенском городе Дармштадт, где в 1990 году возводились экспериментальные экодома, был открыт «Институт пассивного дома».
За два последних десятилетия построено несколько тысяч пассивных домов, как на территории Европы, так и в Северной Америке, в ближайшие годы их число только возрастёт — экономия энергоносителей для Европы критична более чем.
Составляющие пассивного дома
Здание, соответствующее всем характеристикам экодома, является практически самостоятельной энергосистемой, потребляющей в 10 раз меньше энергии из внешних источников, чем любое другое строительное сооружение. В нём нет привычных нам систем отопления, горячего водоснабжения, вентиляции и кондиционирования, теплопотери экодома не превышают 15 кВт·ч с квадратного метра площади за год, что в 15–20 раз ниже, чем у обычных европейских зданий и в 30 раз ниже, чем теплопотери домов в России.
Расположение экодома
Тщательный выбор формы здания, ориентирование его положения на местности и планировка прилегающих буферных зон (участков с зелеными насаждениями). В зависимости от климатических условий, рельефа и розы ветров на данной местности рассчитывается наиболее рациональная ориентация здания с позиции энергосбережения. К примеру, в умеренном климате выходящие на юг окна должны иметь большую площадь, а на северной стороне дома — полностью отсутствовать (в идеале). Для субтропического климата всё наоборот — северный фасад с большими (панорамными) окнами, на южной стороне экодома окна либо отсутствуют, либо имеют минимальную площадь.
Конструкционные материалы
Каких-либо строгих условий к материалам, используемым для возведения пассивного дома, нет — единственное требование касается их экологической безопасности.
Теплоизоляция
В целях полной теплоизоляции пассивного дома от внешней атмосферы, теплоизоляционные материалы монтируются с внешней и внутренней стороны каждой ограждающей конструкции — стен, потолка и пола, чердака, подвала и фундамента. В северной части Европы толщина слоя внешней и внутренней теплоизоляции всех ограждающих конструкций здания (кроме кровли) составляет 335 мм, толщина кровельной теплоизоляции — 500 мм. Особенно важно полностью устранить мостики холода — их наличие недопустимо.
Остекление
Оконные проёмы остекляются одно- и двухкамерными стеклопакетами, камеры между стёклами в которых заполнены криптоном или аргоном, рамы окон должны идеально совпадать с проёмами для последующей герметизации периметра примыкания. В стеклопакетах используются закалённые стёкла, покрытые энергосберегающей и отражающей солнечные лучи плёнками. Для повышения теплового сопротивления окна оборудуются жалюзи, шторками или ставнями.
Вентиляция
Если в домах обычной конструкции приток свежего воздуха в помещения реализуется через щели или специальные клапаны в оконных рамах, а вывод — через пассивные или активные вентиляционные системы санузлов и кухонь, то в пассивном доме всё гораздо сложнее. Оконные конструкции в экодоме полностью герметичны, вентиляционные шахты отсутствуют — вытеснительно-принудительная вентиляция осуществляется с использованием естественного тепла грунта и рекуператора.
Ввод воздуховода, через который в дом поступает свежий воздух, расположен возле фасада здания. Поступив в систему воздухоснабжения, воздух движется по воздуховоду, уложенному в грунт под зданием, его температура повышается за счёт тепла земли. На входе в дом через канал свежий воздух поступает в фильтры и рекуператор, оборудованный теплообменником, поглощающим тепло от отработанного воздуха, выводимого из здания наружу — таким образом, зимой в экодом поступает тёплый воздух, а летом — охлаждённый. Удаление «отработанного» воздуха производится через принудительную воздухозаборную систему внутри дома с выводом его за пределы здания после забора тепла в рекуператоре. Полностью энергонезависимую систему воздухозабора в пассивном доме использовать не получится, т. к. в этом случае необходимы внутренние воздухозаборники большой площади, а это повысит теплопотери здания.
Отопление
Источники тепловой энергии для пассивного дома — солнечная радиация, аккумулируемая солнечным коллектором, и тепловой насос. Ввиду высоких теплоизоляционных характеристик, источниками косвенной тепловой энергии в экодоме выступают домочадцы, тела которых генерируют лучевое тепло, а также любые электроприборы, как то: лампы освещения, компьютеры, телевизоры и т. д.
Следует отметить, что тепловой насос пассивному дому необходим лишь в суровых климатических условиях, к примеру, в Сибири — в Европе внутреннее теплоснабжение базируется лишь на рекуперации воздуха и косвенных источниках тепла.
Освещение
Поскольку наименьшее энергопотребление у светодиодных ламп, то система освещения экодома создаётся именно на их основе.
В завершение
Атмосфера пассивных домов изолирована от внешней, полная смена воздушного объёма внутри экодома происходит не чаще одного раза в три часа, поэтому домовладельцы обязаны уделить особое внимание предметам меблировки — элементы, составляющие мебель невысокого качества, могут выделять формальдегид.
Температура воздуха внутри дома всегда однородна, т. е. расслоение на холодный слой у пола и более горячий у потолка отсутствует. Поскольку воздух при вводе в дом проходит рекуператор и нагревается, на стенах экодома не будет откладываться влага, тем более, что сами стены теплоизолированы и их поверхности имеют ту же температуру, что и воздух в помещениях.
В холодный сезон двери и окна пассивного дома необходимо плотно закрывать, в случае их кратковременного открытия серьезного вреда температуре воздуха в доме не будет.
Стоимость возведения пассивного дома обойдется примерно на 10–12% выше, чем постройка обычного здания равной площади. Одно из преимуществ экодомов — их можно построить в любом месте, вне зависимости от близости к месту строительства центральных коммуникационных сетей. Наконец, в таком доме не понадобится классическая отопительная система — трубы, отопительные радиаторы и котлы не нужны.