Экодом. Энергосберегающие технологии в строительстве

№ 5 травень 2011

УДК 728.536:625.712.14

ЭКОДОМ. ЭНЕРГОСБЕРЕГАЮЩИЕ ТЕХНОЛОГИИ В СТРОИТЕЛЬСТВЕ

О. С. Дьяченко, асс.

Ключевые слова: экодом, энергоэффективный дом, энергосберегающие технологии в строительстве, пассивное здание.

Постановка проблемы. Во всем мире сейчас развивается идея экологически чистого дома или экодома. Современные экотехнологии способны сделать окружающую природу чище и сэкономить энергоресурсы. Это не технологии будущего, а разработки, которые уже используются в настоящем. С их помощью человек в состоянии спасти Землю от экологической катастрофы и сохранить её для следующих поколений. Беречь природу - задача каждого из нас.

Цель статьи. Изучение энергосберегающих систем с целью строительства экодомов и доступного жилья в Украине.

Анализ последних исследований и публикаций. Чем дальше человечество идет по пути покорения природы, тем яснее становится, что он ведет к катастрофе. Нерациональное использование природных ресурсов, неконтролируемые выбросы промышленных предприятий, тотальное уничтожение лесов - все это привело цивилизацию на грань глобального экологического бедствия.

Поводом задуматься об истинном положении вещей стал мировой энергетический кризис 1974 - 1975 годов. Стало очевидно, что при нынешних темпах использования природных источников энергии (нефти, газа и угля) они могут закончиться уже в ближайшие 50 лет. Тогда была начата разработка проектов, призванных компенсировать вредное воздействие цивилизации на среду обитания. Одним из приоритетных направлений стали исследования, направленные на повышение энергоэффективности всех сфер деятельности человека.

В начале 1980-х годов специалисты Международной энергетической конференции ООН (МИРЭК) заявили, что современные здания обладают огромными резервами повышения энергоэффективности. Была выдвинута идея о проектировании и создании энергоэффективных или так называемых "пассивных домов", максимально не зависимых от внешних источников энергии и дружественных окружающей среде.

Дополнительный импульс работам в этой области придало заметное изменение климата Земли, вызванное, по данным исследований, повышением концентрации парниковых газов, в частности, СО 2. Подписание в 1997 г. Киотского протокола, ограничивающего выбросы этих газов, ускорило разработку энергоэффективных технологий.

В настоящее время особое внимание уделяется снижению энергопотребления зданий. Было доказано, что на их отопление расходуется существенная часть энергоресурсов (в разных странах от 20 до 40 %), при сжигании которых образуется значительная доля антропогенного СО 2.

В Европе одним из основных трендов в развитии жилищного строительства становится создание пассивных домов. Основные их преимущества - минимальные затраты на отопление и здоровый микроклимат.

В наш обиход вошло новое понятие - "энергопассивные" или "нулевые" дома. О них заговорили в Украине после активизации газового конфликта, однако в Европе и Америке это было актуально и в прошлом веке. В таких домах жить не только экономически выгоднее, но и полезнее для здоровья и окружающей среды. И нам стоит изучить историю их создания, чтобы строить собственные экодома и дачи.

Изложение материала. Экологичный дом (экодом) - это здание, комфортное для жизни человека, не загрязняющее окружающую среду, энергонезависимое (использующее возобновляемые источники энергии), ресурсосберегающее (экономящее расход воды и тепла) и ресурсонакапливающее (производящее экологичные продукты питания и биотопливо).

Пассивный, или энергоэффективный дом (англ. passive house) - это дом, основной особенностью которого является малое энергопотребление - около 10 % от удельной энергии на единицу объёма, потребляемой большинством современных зданий [1].

В идеале пассивный дом должен быть независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры. Отопление пассивного дома должно происходить благодаря теплу, выделяемому живущими в нём людьми, бытовыми приборами и альтернативными источниками энергии. Г орячее водоснабжение осуществляется за счёт установок возобновляемой энергии, например, тепловых насосов или солнечных коллекторов.

Энергоэффективное здание (energy efficient building) - здание, в котором эффективное использование энергоресурсов достигается за счет применения инновационных решений, которые осуществимы технически, обоснованы экономически, а также приемлемы с экологической и

55

Вісник ПДАБА

социальной точек зрения. К ним относятся здания с низким, а также нулевым энергопотреблением.

Пассивное здание (passive building) - здание, в котором предусмотрено применение возобновляемых источников энергии, которые снижают потребление энергии от традиционных источников [1].

Сейчас в Европе принята следующая классификация энергоэффективных зданий: дома низкого энергопотребления, ультранизкого энергопотребления и пассивные (не нуждающиеся в отоплении). В таблице 1 приведены теплоэнергетические характеристики малоэтажных зданий различной степени энергоэффективности (на примере Германии и России) и их технико-экономические показатели (табл. 2) [2; 3].

Изменившаяся экономическая ситуация в нашей стране требует новых подходов к строительству. Всё большее число строящихся объектов можно отнести к классу домов с низким энергопотреблением, есть примеры строительства и условно-пассивного жилья.

Таблица 1

Расход тепловой энергии по типам зданий

Индивидуальный жилой дом общей площадью 140 м 2 Годовой расход тепла, кВт-ч /м 2 Удельный расход тепла, Вт-ч/м2

Г ермания

Старое строение 300 136

Типовой дом 1970 - х годов. 200 91

Типовой дом 1980 - х годов 150 68

Дом низкого энергопотребления 1990 - х годов 70 - 30 32 - 14

Дом ультранизкого энергопотребления 30 - 15 14 - 7

Современный "пассивный" дом менее 15 менее 7

Россия

Дома старой постройки (до середины 1990 - х годов) 600 125

Постройки в соответствии с новым СНиП 23-02-2003 "Тепловая защита зданий" 350 73

Отметим, что в жилищно-коммунальной сфере Г ермании энергопотребление снизилось на 3 %.

Таблица 2

Технико-экономические показатели домов из клееного бруса и энергосберегающих домов __________________________________ЦЭТОМ__________________________________________

№ п/п Показатели Дом из клееного бруса Энергосберегающий дом "ЦЭТОМ"

1. Расход п/м материалов на ограждающие конструкции, м3/м2 0,55-0,81 0,14-0,16

2. Расход п/м материалов с учетом крыши, пола, потолка, м3/м2 0,70-0,95 0,32-0,34

3. Расход утепляющих материалов, м3/м2 * 0,15-0,20 (мин. утеплитель) ** 0,60-1,05 (органический) ***

4. Общие приведенные затраты по п.1-3, руб./м2 11 000 - 18 000 1 500 - 2 000

5. Суммарные затраты на строительство дома, руб./м2 От 30000 25000

6. Уровень потерь тепловой энергии к норме СН и П (100%), % 175-245 15-45

7. Использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) Нет Да

8. Затраты э/энергии, % 100 65-90

9. Затраты энергии на отопление, вентиляцию и г. в. с., % 100 6,5-18

10. Устройство автономного отопительного котла требуется не требуется

11. Наружные инженерные сети, % 100 25-40

12. Внутренние инженерные сети, % 100 10-50

13. Экологичность, % нет данных 100

14. Срок эксплуатации, лет 70 75-100

**Минеральный утеплитель; *** Органический утеплитель

56

№ 5 травень 2011

Фактическое потребление энергии на обогрев, вентиляцию и ГВС в восемь раз меньше, чем в традиционном доме.

В Г ермании, Швеции, США, Дании, Швейцарии уже не только декларируют в качестве цели, но и демонстрируют образцы зданий с так называемым "нулевым" теплопотреблением или "энергопассивные", где нет необходимости иметь систему отопления как постоянно функционирующую в отопительный период (рис. 4, 5) [3; 4].

Концепцию экодома разрабатывают и совершенствуют в многочисленных исследовательских институтах по всему миру, и сегодня на ее основе построено более 2 тыс. сооружений в Г ермании, Дании, Швеции и других странах Западной Европы, а также в США.

В рамках реализации национальной программы "Доступное жильё" специалистами "Центра энергоэффективных технологий, оборудования и материалов" (ЦЭТОМ) были разработаны проекты малоэтажных пассивных домов (рис. 1 - 3, 6).

Рис. 1. Концепция автономного дома - экодома

Рис. 2. Энергоэффективный блокированный жилой дом во Владивостоке

57

Вісник ПДАБА

Рис. 3. Экодом в Беларуси

Рис. 4. Энергосберегающие технологии в стротельстве

58

№ 5 травень 2011

Рис. 5. Пассивный, или энергоэффективный дом

Рис. 6. Схема дома с "нулевым" теплопотреблением, построенного в Новгородской области в

2006 г.

59

Вісник ПДАБА

Преимущества экодомов:

• благодатный микроклимат без радиаторов и кондиционеров, роль которых выполняют теплые полы и грунтовой рекуператор;

• независимость от теплосетей за счет использования солнечной энергии и альтернативных источников тепла в автономной системе горячего водоснабжения (ГВС);

• благодаря автономной биологической очистке можно отказаться от сточных вод, отравляющих природу и выделяющих метан, который рождает парниковый эффект полей орошения;

• биогенераторная система утилизации биологических отходов, превращения их в биогаз и удобрения даст возможность сократить полигоны ТБО (твердых бытовых отходов), которые являются источником "парникового" метана;

• биогаз и пиролизный газ позволяют добиться энергонезависимости и остаться в гармонии с природой;

• сбор и использование дождевой воды уменьшают зависимость от водоснабжения, а также экономят драгоценный природный ресурс - питьевую воду.

Надежные стены. Хорошо утепленные толстые стены, безусловно, первое и главное условие существования экодома.

В современных западноевропейских экодомах часто применяется система, состоящая из несущего деревянного или каменного каркаса, утепленного толстым (не менее 500 мм) слоем жестких или полужестких плит из каменной ваты. С точки зрения экологичности для экодома наиболее привлекательными можно считать плиты, изготовленные из каменной ваты. Этот материал не оказывает большой нагрузки на стены и перекрытия и хорошо пропускает через себя пар, выводя излишки влаги.

Коэффициент сопротивления теплопередаче окон должен составлять не менее 1,5 м2К/Вт - это второе необходимое условие тепловой герметичности экодома.

Требования к окнам:

• конструкция оконного профиля должна обладать низкой теплопроводностью и не иметь "мостиков холода"; предпочтительны трехкамерные или пятикамерные профили толщиной 62 - 130 мм;

• желательно, чтобы двухкамерный герметичный стеклопакет был заполнен инертным газом (криптоном или аргоном), а на стекла нанесено металлооксидное низкоэмиссионное напыление (например, с оксидом титана);

• окна с большой площадью остекления должны выходить на южную сторону.

В экодомах применяют деревянные или комбинированные (деревоалюминиевые или пластиковые окна с алюминиевыми накладками). А лучше всего подходят деревянные окна с двухкамерными стеклопакетами (три низкоэмиссионных стекла, межстекольные камеры заполнены криптоном). Стеклопакет должен иметь теплоизоляцию с коэффициентом сопротивления теплопередаче 2 м2К/Вт.

Выводы. Концепция пассивного энергоэффективного здания предполагает комплексный подход. Он включает не только и не столько энергосбережение, сколько целую философию, основанную на идее сотрудничества с окружающей средой. Все несущие конструкции в объемно -модульном доме изготовлены из экологически чистой древесины. Деревянные стены "дышат", создавая в доме уют и благоприятную атмосферу.

ИСПОЛЬЗОВАННАЯ ЛИТЕРАТУРА

1. Аврорин А. В. Экологическое домостроение: проблемы энергосбережения: аналитический обзор - М.: ГПНТБ СО РАН ,1999. - Том 53 - 71 с.

2. Булгаков Н. Архитектурное проектирование энергосберегающих, комфортных жилых домов. Информац. материалы. - М., 2000. - 42 с.

3. Лапин Ю. Н. Автономные экологические дома / Ю. Н. Лапин. - М.: Алгоритм, 2005. -416 с.

4. Лапин Ю. Н., Сидорин А. М. Устойчивое развитие: климат и энергоэффективное жилище // Архитектура и строительство России. 2002. - № 1.

60