Проблема нехватки жилья традиционно является одной из наиболее актуальных для нашей страны. Поняв бесперспективность попыток расселить всех нуждающихся в высотные городские многоквартирные дома, российское правительство взяло курс на развитие сектора малоэтажного жилья. Но обеспечить рассредоточенные малоэтажные поселки коммунальными ресурсами куда сложнее, чем построить. Решением должно стать широкое внедрение технологий строительства и эксплуатации домов с нулевым или минимальным потреблением энергии, так называемых «активных» и «пассивных».
Часть IКраткая история вопросаТолчком к тотальной экономии для европейцев послужил нефтяной кризис 1970-х. В ответ на него энтузиасты начали ставить эксперименты с энергоэффективными домами. Главным «локомотивом» этой европейской «домостроительной революции» работала (и продолжает работать) Германия. Поэтому нет ничего удивительного в том, что именно в германском городе Фрайбурге в 1977 году был основан «Институт прикладной экологии», в стенах которого зародилось движение «пассивный дом». Его цель – продвижение в широкие массы идеи о необходимости строительства зданий с минимальным потреблением энергии. Результатом является тот факт, что сегодня в мире уже построено более 20 тысяч «пассивных домов». Ирония в том, что Канада в конце 1970-х и начале 1980-х годов являлась мировым лидером в области энергоэффективного строительства, но затем потеряла интерес к этой тематике. В результате в Канаде исследования в этой сфере закончились более двух десятилетий назад. В Швеции и Дании уже к середине 80-х годов прошлого века были приняты обязательные строительные нормы, обобщившие результаты 10-летнего опыта энтузиастов энергоэффективного домостроения. Они почти на два десятилетия опередили всеевропейскую Директиву об энергетической эффективности зданий (EPBD). В соответствии с этими нормами средний удельный расход тепловой энергии на отопление зданий новой постройки должен был составлять приблизительно 100 кВт·ч/(м2 год). Далее накопленный за 15 лет по всей Европе опыт проектирования, строительства и эксплуатации целого ряда энергоэффективных домов и зданий лег в основу концепции «Пассивный дом». Она была сформулирована Бо Адамсоном, профессором Лундского университета (Швеция) и Вольфгангом Файстом из Дармштадского института жилья и окружающей среды (Германия). В мае 1988 года ученые предложили называть «пассивными» те здания, в которых при помощи определенных строительных решений обеспечиваются столь ультраминимальные теплопотери, что для обогрева помещений в них достаточно «пассивных» источников тепла. Для проверки концепции силами научной рабочей группы при финансовой поддержке Гессенского министерства экономики и техники был разработан, а затем и реализован проект экспериментального четырехквартирного жилого дома. Его строительство было завершено в 1991 году в районе Кранихштайн германского города Дармштадта. Проведенный эксперимент полностью подтвердил жизнеспособность концепции. По результатам точных измерений дармштадтский пассивный дом потреблял энергии на отопление почти в 6 раз меньше, чем таунхаусы, построенные в Германии в соответствии с национальным Постановлением по энергосбережению. Поэтому для внедрения концепции «Пассивного дома» в широкую европейскую строительную практику в 1996 году одним из ее соавторов, Вольфгангом Файстом, в Дармштадте был основан «Институт пассивного дома». Благодаря, в том числе, и усилиям его основателя к середине 1990-х годов уже сложилась определенная практика проектирования, строительства и эксплуатации жилья в соответствии с принципами минимизации его воздействия на окружающую среду. Наиболее известным местом массовой застройки экологического жилья в Европе является район Вобан в немецком Фрайбурге, строительство которого было завершено в 2000 году. Сегодня там проживает около 4800 жителей, которые занимают сотню домов, соответствующих современным стандартам ультранизкого потребления энергии («Пассивный дом»). Эти здания имеют настолько хорошую теплоизоляцию, что для поддержания внутри них комфортной температуры не требуется отопительных систем. Фактически они обогреваются солнечным светом через окна, теплом человеческих тел и работающих бытовых электроприборов. Дома в районе Вобан укомплектованы когенераторами. Эти установки одновременно вырабатывают тепло и электроэнергию, а в качестве топлива для них используется природный мусор, собираемый на улицах и в парках Фрайбурга. Кроме когенераторов, в домах имеются также и солнечные батареи. А так как в среднем суммарная энергетическая производительность многих домов Вобана в полтора раза выше их потребности в энергии для собственных нужд, то эти излишки продаются оператору электрических сетей – и дом становится источником дополнительного дохода. Этот и другие примеры хорошо иллюстрируют взятый странами Евросоюза курс на повышение энергоэффективности своего жилищного сектора. С целью его упорядочения в 2002 году Европарламентом была принята Директива об энергетической эффективности зданий (EPBD). В мае 2010 г. этот документ пересмотрен Европарламентом, и одним из самых значимых изменений стало направление на нулевую энергозатратность (ZeroEnergy) зданий, планируемых к вводу в эксплуатацию после 31 декабря 2018 года. Энергоэффективные кварталы в Европе В пригороде Хакбридж южнее Лондона (Великобритания) расположен другой известный в Европе экологический квартал. Он состоит из 99 таунхаусов, построенных в рамках проекта BedZED. При их возведении были применены уже ставшие классическими «зеленые» и «пассивные» решения. Здания имеют ограждающие конструкции с чрезвычайно низкой теплопроводностью, для остекления использованы трехслойные стеклопакеты, приточно-вытяжная вентиляция оснащена системой рекуперации тепла. Имеются аккумуляторы дождевой воды и установки для переработки мусора. BedZED позиционируется как проект с полным отказом от использования невозобновляемой энергии, получаемой от сжигания ископаемого топлива. Тепло и электричество производятся на ТЭЦ, где сжигаются древесные отходы. Для использования энергии солнца квартал оборудован комплексом солнечных батарей общей площадью 777 м2. В итоге, по сравнению с обычными жилыми кварталами, в BedZED экономия на отоплении составляет 88%, на потреблении воды — 50%, на электричестве — 25%. Еще одним примером экопоселения может служить район «Западная бухта» города Мальмё в Швеции, где в 2001 году было начато строительство «города будущего» для 300 тысяч жителей. В основе экодомов «Bo01» лежит идея применения незаметных технических решений. Так, в окнах установлены тройные стеклопакеты с теплоотражающим внутренним покрытием, а утепление стен имеет высокую эффективность. Змеевики вентиляционных труб на чердаке, по которым теплый воздух экстрагируется из помещений, обвивают трубы, через которые поступает снаружи свежий холодный воздух, и нагревают его. Все эти решения в комплексе позволили до 10 раз сократить расходы на отопление, поставляемое районной теплоцентралью. Но и она работает не на ископаемом топливе, а на ветровой энергии, преобразуемой в электрическую ветряками, установленными в открытом море. При этом образующиеся летом излишки горячей воды до зимы сбрасываются в природные подземные полости в известняковых скальных основаниях, на которых построен город Мальмё. Часть IIZeroEnergy по-европейски и по-русскиВ соответствии с последней версией EPBD, нулевой энергозатратностью здания считается такое его годовое потребление энергии, которое не превышает производимого на месте объема энергии от возобновляемых источников (солнечными батареями, ветряками, тепловыми насосами). Кроме варианта «ZeroEnergy», в директиве дается классификация зданий в зависимости от уровня энергопотребления во время их эксплуатации. Однако у каждого государства — члена Евросоюза — есть право самостоятельно установить свои конкретные цели в рамках повышения энергоэффективности и внедрять их на практике. Так, например, самые жесткие в Европе нормы действуют в Германии. Цели в строительстве, которые европарламентарии поставили к 2019 году, немецкими строителями пассивных зданий достигнуты уже два десятилетия назад. Европейские требования к проекту пассивного дома:
|
|
В России в последние годы просто энергоэффективных зданий строят достаточно много. Особенно заметно это стало после того, как Министерством регионального развития РФ 8 апреля 2011 года был издан Приказ № 1612.
В этих документах правительством РФ и Минрегионразвития принята система классификации строений, отличающаяся от европейской не только по форме. У нас приняты следующие классы энергоэффективности (в порядке ее убывания): A, B++, B+, B, C, D, E. В отличие от Европы, в России показатели энергоэффективности не абсолютные, а относительные. Поэтому для присвоения строению того или иного класса в российской системе требуется знать норматив энергопотребления для зданий соответствующего ему типа.
В качестве примера рассмотрим экспериментальный энергоэффективный многоквартирный дом для семей военных, который построили в Москве в «Никулино-2». В этом доме за отопительный сезон расходуется 85 кВт·ч/м2 — это без малого вдвое ниже норматива и приблизительно втрое меньше реального потребления для старых кирпичных зданий. В соответствии с отечественными правилами, этот дом следует отнести к классу «А» — наивысшему по шкале энергетической эффективности. Но с точки зрения немецкого норматива для «пассивного дома», это в пять с лишним раз больше, чем требуется.
«Активный дом» по-русски
Но можно ли использовать в условиях сурового российского климата строительные стандарты, пригодные для Европы и Германии? Оказывается — можно. «В современной России отсутствие широкого интереса к строительству домов высших классов энергоэффективности вытекает не из суровости климата. Проблема в том, что отечественные электросетевые компании не готовы покупать электричество у домохозяйств», — считает Павел Федотов, менеджер по работе с ключевыми клиентами отдела силовой электроники компании «Данфосс».
На сегодняшний день в России широко известны всего два объекта, при проектировании которых архитекторы в полном объеме старались учесть все требования «Пакета проектирования пассивного дома» (PHPP), разработанного немецким «Институтом пассивного дома». Это, во-первых, «Активный дом», построенный в 2011 году в ближайшем Подмосковье, и, во-вторых, «Пассивный дом» в Южном Бутове (Москва), получивший в мае 2013 года сертификат Passive House.
«Пассивный дом» в Южном Бутове спроектирован и построен компанией «Мосстрой-31». В нем реализованы собственные архитектурные решения застройщика, а для инженерных систем отопления и горячего водоснабжения теплоноситель нагревается от геотермального теплового насоса.
Проект «Активный дом» реализован совместными усилиями ряда европейских и российских компаний, в том числе VELUX и «Данфосс» (Дания). В нем использован весь комплекс архитектурных и инженерных решений, необходимых для обеспечения положительного теплового баланса здания. Однако, в связи с тем, что в России отсутствует принципиальная возможность передачи избыточной энергии электросетевым компаниям, проектировщикам пришлось ограничить генерирующие мощности дома таким образом, чтобы их хватало только на обеспечение функционирования его инженерных систем и бытового оборудования. Поэтому, строго говоря, этот «Активный дом» правильнее было бы называть «Дом ZeroEnergy».
Эти нюансы потребовали очень осторожных решений. «Так как панели солнечной электростанции пришлось ограничить нестандартной площадью (5 м2), то потребовалось разработать для нее специальный инвертор», — приводит пример Павел Федотов («Данфосс»). Чтобы зимой солнечные батареи не накрывало снеговым одеялом, их разместили не на крыше, а на стенах здания.
Основную нагрузку от системы ГВС проектировщики возложили на солнечные коллекторы. Их площадь — около 16 м2. Кроме этого, они частично обеспечивают работу системы отопления. Чтобы солнечные водонагреватели, установленные на крыше, не накрывало снегом, была предусмотрена система реверса, позволяющая не только получать из них горячую воду, но и закачивать ее обратно. Недостающую часть теплового баланса дома компенсируют, в зависимости от погоды, тепловой насос и окна. «Система отопления на базе геотермальных тепловых насосов Danfoss при затратах электрической мощности в 1 кВт, получаемых от солнечной электростанции, позволяет получить 4-6 кВт мощности тепловой энергии, — отмечает Андрей Осипов, руководитель направления «Тепловые насосы» компании «Данфосс». — Температура теплоносителя и его выход регулируются автоматикой в зависимости от индивидуальных настроек микроклимата для помещений, погоды, времени суток».
«Для обогрева жилых зон большое значение имеет солнечное излучение, эффект от воздействия которого усиливается энергосберегающими окнами, пропускающими тепло внутрь и не выпускающими его обратно за счет селективного покрытия, — добавляет руководитель проекта по девелопменту со стороны «Загородного проекта» Вера Леонова. — Для этого задействованы все окна: мансардные и вертикальные. Последние играют особую роль зимой. Они улавливают радиацию зимнего солнца, имеющего низкий угол подъема над горизонтом». В летний зной окна снаружи с солнечной стороны закрываются маркизетами с электроприводом. А с затененной стороны они автоматически открываются для вентиляции и охлаждения.
Еще один пример российского энергоэффективного строительства — дом в г. Рыбном Рязанской области, заселение которого завершено 27 июня 2012 года. Здесь использовано несколько экономичных решений, обеспечивающих электро- и теплоснабжение строения. Рядом со зданием отведена специальная площадка, на которой установлены панели солнечных батарей, подключенные к общедомовой электросети при помощи инвертора, который преобразует постоянный ток в переменный, используемый в быту. Для горячего водоснабжения применяются вакуумные солнечные коллекторы. Активная система отопления дома обеспечивается теплоносителем при помощи тепловых насосов. Применение энергоэффективных технологий позволило жильцам дома экономить до 25% на оплате коммунальных услуг по сравнению с обычными домами. Соответственно, это здание следует признать обладающим высоким классом энергоэффективности – «B».
Система вентиляции сделана гибридной. В морозы и в жару она принудительная, с рекуперацией тепла. В остальное время производится естественное проветривание через автоматически открывающиеся окна, управляемые «умной» системой с датчиками влажности и уровня CO2.
Современная практика энергоэффективного строительства в России примерно соответствует периоду середины 80-х годов в Европе и мире. Однако, в отличие от тогдашнего Старого Света, сегодня у нас есть на вооружении не только мировой опыт строительства зданий с повышенной энергетической эффективностью, но и налаженное серийное производство всех комплектующих для них: от материалов для ограждающих конструкций до инженерного оборудования любых систем. Дело за малым: начать.Приложение
Классификация зданий по EPBD
- Старые здания, построенные до 1970-х годов, расходуют для своего отопления и охлаждения около 300 кВт·ч/(м2 год);
- Новые здания, которые строились с 1970-х по 2002 годы, — 150 кВт·ч/(м2 год);
- Дома низкого энергопотребления, обязательные к строительству с 2002 года, — 60 кВт·ч/(м2 год);
- Пассивный дом, соблюдение стандарта для которого обязательно с 2019 года, — 15 кВт·ч/(м2 год);
- Дом нулевой энергии, архитектурно имеющий тот же стандарт, что и пассивный дом, но инженерно оснащенный так, чтобы потреблять исключительно только ту энергию, которую сам и вырабатывает, — 0 кВт·ч/(м2 год);
- «Дом плюс энергии» («Активный дом»), который при помощи установленного в нем инженерного оборудования — солнечных батарей, коллекторов, тепловых насосов, рекуператоров и т.п. — вырабатывает больше энергии, чем сам потребляет.
Комментарии
(3)Виталий, пока солнечная энергия может и не столь эффективно используется, но по крайней мере это уже какой-то шаг. Насколько я знаю, лучше всего такие системы создавать для подогрева бассейнов летом, но и так при грамотном расчёте проекта, они способны создавать неплохую экономию.
Оценка:Мне очень интересно узнать по поводу солнечных коллекторов. У меня самого газовый Bosch стоит, и сейчас активно продвигается тема его совместимости с этими самыми коллекторами. Будет ли эффективно их использование для частного дома, пусть и большой площади.
Оценка:Несмотря на то, что у данной статьи нет авторства, отреагировать на неё имеется огромное желание, т.к. тема поднята не просто актуальная, но злободневная.
Оценка:Прежде всего хочется подчеркнуть:почему из всех сфер хозяйственной деятельности сообщества приоритетной должна быть жилищная?
Известно, что жилищный сектор - самый энергоёмкий из всех отраслей экономики. Вырабатываемая энергия в мире распределяется между потребителями в следующих пропорциях (в %): жилищная сфера - 40, транспорт - 32, промышленность - 28 (Розенфельд А.Г., Хофмайстер Д., 1988; Булгаков С.Н., 1998; Люке А., 2007).
Но одновременно это и самый крупный расточитель энергии. Исследователями установлено: здания без утепления теряют более половины потребляемого тепла, из которых треть приходится на стены. Это относительные показатели, которые не каждый специалист может интерпретировать адекватно. Но если обратиться к абсолютным значениям, то они не оставят равнодушным даже обывателя.
По данным Бюро технологических оценок при Конгрессе США в 1988 г потребление энергии в мире составило 318 ЭДж (один эксаджоуль равен 10 в 18-ой степени джоулей или количеству тепла, получаемого при сжигании 27 млн. м3 сырой нефти (Гиббонс Дж. Х., Блейр П.Д., Гуин Х.Л., 1989). С учётом вышеприведённых относительных значений, энергопотери только жилого сектора составили порядка 64 ЭДж, что эквивалентно 72% потребности энергии всей промышленности! Можно ли представить планету с разумными существами, на которой 18 000 000 крупных электростанций (по 1 000 МВт) всю вырабатываемую энергию сбрасывают в атмосферу!!!
Энергетикам и госчиновникам, властям всех ветвей следует понимать сложившуюся ситуацию. Не разглагольствовать о мнимых энергодефиците и безопасности, а на законодательной основе требовать повышения эффективности использования энергоресурсов конечными потребителями и не на десятки, а на сотни процентов.
Т.о., чётко прослеживается злободневность энергоэффективности в жилищном секторе, а, главное, она имеет глобальный охват и касается не только нынешних пользователей жилья, но и их потомков.
К вопросу экспериментальных зданий хочу добавить следующее.
Улучшение тепловой характеристики здания - задача не новая, и техника её решения известна давным-давно. Главенствующая роль в архитектурно-технических мероприятиях отводится дополнительному утеплению ограждающих конструкций (Гертис К.,2007). По объёмам выпуска теплоизоляционные материалы (ТИМ)имеют следующую структуру (в %): 75 - минераловатные, 20 - пенопласты, 3 - ячеистые бетоны, 2 - прочие.
За счёт дополнительного утепления стен эффективной изоляцией в некоторых домах теплопотери снизились в США - на 68%, в Швеции - до 89% (Гиббонс К. и др., 1989), в России на 30-35% (Ильюшенко А.Н., 2002; Граник Ю.Г. и др., 2003). Если усреднить этот показатель для всех жилых зданий, например, в 2010 г до 50%, то экономия тепла на обогрев составит 4 ЭДж.
А сколько потребовалось бы эффективной изоляции для этих мероприятий и каковы были бы энергозатраты на её получение?
Как правило, на дополнительное утепление ограждающих конструкций применялась минвата толщиной 150 мм, а пенополистирол (ППС) - 100 мм. При сохраняющемся соотношении лидирующих ТИМ, мировые объёмы минваты составят 225 млн. м3, а ППС - 6о млн. м3 (расчётная плотность ТИМ - 100 кг/м3).
Исходя из энергозатрат на получение сырья и производство м3 ТИМ требуется 10 000 кВт*ч на минвату и 18 900 кВт*ч - на ППС (Мейер-Бое В., 1993; Князева В.П., 2006), суммарные объёмы потребуют 12,5 ЭДж энергии.
Нужны ли комментарии к парадоксу: снижение теплопотерь через стены здания на единицу энергии требует затрат на производство в три раза больше?
Очевидно, сознавая подобный парадокс, одна компания индустрии теплоизоляции объясняет его так:"Применение теплоизоляции в целом имеет положительный эффект для окружающей среды. Производство ТИМ, включая получение сырья, его транспортировку и монтаж, негативно влияет на окружающую среду, но это компенсируется в течение первого года использования ТИМ.
Принято считать, что польза, приносимая окружающей среде в результате применения ТИМ, в несколько сотен раз больше наносимого ей ущерба. Если рассматривать полный срок жизни здания, то эксплуатация и техническое обслуживание составит примерно 85% от его общей нагрузки на окружающую среду. Приблизительно 15% приходится на на строительство здания и менее 1% - на его ликвидацию. Легко можно увидеть, что вложение в дополнительную изоляцию окупится много раз, если принять во внимание эти соотношения за весь жизненный цикл здания" (PAROC. Insulation Theory, 2003).
В данных рассуждениях меня поражает полное игнорирование авторов низкого срока эксплуатации лидирующей изоляции (не более 20 лет по Бессонову И.В., 2008), высокой опасности выделяющихся вредных веществ (как правило, фенол, формальдегид, стирол, пыль волокна и т.д.) и смертельной - при пожарах. Будут вопросы по ссылочной литературе - обязательно поделюсь.
Добавление к терминологии.
В Европе и за океаном по разному понимают термин "пассивный дом". По классификации Passiv Haus Institut (Дармштадт, ФРГ) предложенной в конце 80-х годов, зданию присваивается категория "пассивного объекта", если его годовые потребности на отопление ниже 15 кВт*ч*м2, а в идеале - вообще не требующие расходов на тепло. В Северной Америке развитие получила концепция "дома с нулевым потреблением энергии" (Zero Energy Building). К ZEB относятся "все строения, где потребление классических видов энергии по стоимости снижено хотя бы на 50% от обычной" (Де Кюленер, Ионов В.С., 2007).
Основные принципы европейского "пассивного дома" в порядке их значимости по Гертису:
- высокоэффективная теплоизоляция здания;
- современные "интеллектуальные" отопительные установки и системы регулирования отопления, соответствующие высокому уровню теплоизоляции с высоким КПД;
- большие светопрозрачные конструкции для пассивного использования солнечной энергии, устанавливаемые преимущественно с южной стороны;
- приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией, регулируемая пользователем;
- положительное отношение жильцов к зданиям с низким потреблением энергии.
В целом ZEB имеет ряд сходных позиций, но акцент ставится на использовании альтернативных источников энергии - ветровых генераторов, солнечных батарей и т.д.
Основное отличие "пассивных" зданий от экспериментальных (70-80-х годов) в более чем двукратном увеличении дополнительной изоляции. Следовательно, энергозатраты на их получение также увеличатся более чем в два раза и с учётом их низкого срока эксплуатации, их неоднократной заменой за жизненный цикл здания, все "инновационные" мероприятия можно характеризовать как ЭНЕРГОДЕФФКТИВНЫЕ.
А присовокупив многократное увеличение загрязнения окружающей и жилой среды ядовитыми веществами, выделяющимися из лидирующих ТИМ на всей технологической цепи (от получения сырья до их ликвидации), их смертельной опасности при пожарах, следует признать,
что в мировой строительной практике реализуется сознательная мистификация методологий энергосбережения и биологического строительства.
Небольшие реплики по тексту:"В германском городе Фрайбурге в 1977 г был основан "Институт прикладной экологии". в стенах которого зародилось движение "пассивный дом".
Не знаю, как рассуждают немецкие спецы, но по моим представлениям строительство всегда угнетало среду, угнетает и будет угнетать в обозримом будущем. Потому говорить об экологичном строительстве или материалах можно только в случае антропоцентристского мышления. Если же осозновать, что всё в природе взаимозависимо, взаимообусловлено и находится во взаимодействии, то можно говорить только о минимизации вреда для среды от строительства.
"Проект BedZED позиционируется как проект с полным отказом от использования невозобновляемой энергии, получаемой от сжигания ископаемого топлива. Тепло и электричество производятся на ТЭЦ, где сжигаются древесные отходы." Почему можно спокойно относиться к факту затрат на горение кислорода, который в первую очередь требуется для дыхания самого homo sapiens.