Особенности проектирования пассивного дома в России

ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАССИВНОГО ДОМА В

РОССИИ

А.Е. Елохов

УГТУ-УПИ

В начале статьи будет определено понятие пассивного дома. В Германии и Австрии строительство таких зданий уже получило довольно широкое распространение и активно поддерживается государством. Концепция пассивного дома была совместно развита в 1988 г. проф. Бо Адамсоном (Университет в г. Лунд, Швеция) и докт. Вольфгангом Файстом (который в то время еще работал в Институте жилья и окружающей среды в г. Дармштаде, а в 1996 г. основал в том же городе Passivhaus Institut). Главная идея пассивного дома заключалась в том, что теплопотери здания необходимо снизить до такой степени, чтобы отдельное отопление совсем не требовалось (за исключением ванных комнат, где по нормам необходима повышенная температура). Предусматривалось, что необходимую низкую потребность в тепле на отопление можно было обеспечить благодаря нагреву приточного воздуха системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла, которая и так уже должна применяться в таких зданиях. Также в пассивных домах должны максимально использоваться теплопоступления от солнечной радиации через окна южной ориентации. Удельный расход тепловой энергии на отопление пассивного дома должен составлять за отопительный период не более 15 кВт-ч на 1 м2 полезной отапливаемой площади (около 1,5 л жидкого топлива на 1 м2). Общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электрическая энергия) не должно превышать 120 кВт-ч/(м2-год).

Только при значении удельного расхода не более 15 кВт-ч/(м2-год) можно отапливать пассивный дом только с помощью нагрева приточного воздуха, который предварительно проходит через рекуператор. Хотя совсем не обязательно использовать для отопления систему вентиляцию В Германии много примеров, когда для отопления использовалась стандартная или нетрадиционная системы отопления. Но всегда эти системы будут компактными и недорогими. Под первичной энергией в Германии и странах ЕС подразумевают энергию, которая имеется в распоряжении как природный (первозданный) источник энергии (например, каменный уголь, природный газ, нефть, уран и т.д.). После всевозможных последующих потерь при преобразовании и передаче потребителю, пригодная для использования энергия обозначается как конечная энергия (например, электрическая энергия, жидкое топливо, тепло, подаваемое по сетям централизованного теплоснабжения, и т.д.). С помощью фактора первичной энергии fp конечная энергия Qe пересчитывается на первичную энергию Qp. Первичная энергия Qp = конечная энергия Qe x fp. Самый неблагоприятный фактор fp, который равен 2,7, имеет электрическая энергия , а например для природного газа это значение равняется 1,1. Ограничение в 120 кВт-ч/(м2-год) сделано для того, чтобы не было махинаций с использованием тепловыделений от электрических приборов внутри здания, т.к. можно обманывать самих себя практически не используя тепловую энергию, но зато повысив до немыслимых размеров потребление дорогой электрической энергии.

Первый пассивный дом в истории Германии был построен в 1991 г. при поддержке федеральной земли Гессен в г. Дармштадт, р-н Кранихштайн. Авторами архитек-

турной части проекта являются архитекторы проф. Ботт-Риддер и Вестермауер; разработкой и реализацией проекта руководил доктор Вольфганг Файст. Здание было полностью построено в 1991 г. и с октября 1991 г. в нем проживают четыре семьи. Это здание нуждается в столь малом количестве тепла, что можно было бы действительно отказаться от отдельной системы отопления: расход на отопление составляет меньше 1 л жидкого топлива в год на 1 м2 отапливаемой площади.

Чтобы обеспечить столь жесткую величину удельного энергопотребления, равную 15 кВт-ч/(м2год), для пассивных домов со временем был установлен ряд обязательных требований:

- коэффициенты теплопередачи U для наружных стен, кровли и полов первого этажа для условий Германии должны составлять менее 0,15 Вт/мК (или R0 > 6,7 (m2oC)/Bt);

- для остекления - UOCT < 0,7 Вт/мК (R > 1,4 (м2°С)/Вт);

- для оконного профиля - ипроф < 0,8 Вт/мК (Ro > 1,25 (м2°С)/Вт);

- приведенный коэффициент теплопередачи окна с учетом монтажа в стену - UOKH < 0,85 Вт/мК (Ro > 1,2 (м2°С)/Вт);

- максимально возможное снижение негативного эффекта от тепловых мостов;

- для эффективного возврата тепла КПД рекуператора должно быть > 75%;

- должна обеспечиваться герметичность наружной оболочки здания. Кратность воздухообмена при разности давлений 50 Па должна составлять n50<0,6 ч"1.

Для достижения стандарта пассивного дома необходим целый комплекс мероприятий, которые напрямую зависят от климатических условий. Так, например, используя расчетную модель первого пассивного дома в г. Дармштадт и подставив туда климатические условия для г. Москвы, было получено значение удельного энергопотребления, равное около 25 кВт-ч/(м2год), что примерно в два раза хуже, чем в Германии.

В данной статье будет рассказано об опыте проектирования и внедрения в России первого пассивного дома. И хотя проект в данный момент проект не завершен и заморожен на неопределенный срок, считаю данный опыт полезным и ценным. В 2007 г. данную задачу решила выполнить фирма ЗАО «Мосстрой-31» - самый крупный производитель пенополистирола в России. На территории завода фирмы в г. Воскресенске Московской области была запланирована модернизация существующего старого здания, используемого в будущем как гостиница для вахтовых рабочих и инженеров, в стандарт пассивного дома. Контроль строения и статики, предварительный архитектурный проект были реализованы фирмой Luwoge-consult (BASF). За предварительный проект по вентиляции и отоплению была ответственной фирма Knecht Ingenieure GmbH. Проектирование наружной теплоизоляционной оболочки и тепловых мостов было выполнено сотрудниками Passivhaus Institut вместе с А.Е. Елоховым. Руководителем проекта был назначен А.Е. Елохов. Далее будет подробно рассказано о проектировании теплоизоляционной оболочки здания.

Существующее здание имеет 4-е этажа и каркас из готовых ж/б изделий, шаг колонн кроме лестничной клетки 6 м, наружные стены из теплоизоляционных керамзито-бетонных панелей толщиной 350 мм, высоту этажа 3,3 м. Размеры по осям составляют в плане 12 х 36 метров. В северной части здания находится подвальный этаж, который раньше был предусмотрен как бетонный бункер и, перекрытие которого находится ниже пола 1-го этажа на один метр.

Здание не имеет классического расположения, а повернуто на азимут +19°. Полный внутренний объем составляет 5022 м3, расчетная отапливаемая площадь около 1630 м2. Существующее здание было очень плохо утеплено: наружные стены с R0=1,2 (м2°С)/Вт, кровля с R0=0,4 (м2°С)/Вт (слой из минеральной ваты был достаточно тон-

кий и полностью сырой), полы первого этажа с R0= 0,24 (m2oC)/Bt. Также было много окон с R0= 0,38 (m2°C)/Bt. Удельное потребление тепловой энергии на отопление данного здания с учетом больших внутренних теплопоступлений, определенная с помощью программы PHPP-2007, составляет около 251 кВтч/(м2г). В Passivhaus Institut были определены два самых неблагоприятных варианта отопительной нагрузки, с использованием почасовых климатических данных и динамической расчетной модели.

Благодаря бетонному каркасу и отсутствию полов на первом этаже была хорошая возможность для утепления здания со всех сторон, включая промежуток между полом первого этажа и грунтом (включая лестничную клетку в области подвала). В качестве теплоизоляции для наружных стен был применен Неопор толщиной 300 мм (+ около 20 мм выравнивающий слой). С условием зоны Б был принят \= 0,037 (Вт/м°С). Снаружи был нанесен слой акриловой штукатурки с армированием стеклосеткой. Чтобы уменьшить влияния точечных тепловых мостов, для крепления теплоизоляции были использованы стеклопластиковые анкера.

Наружная стена

Вид слоя ограждения X,

Внутр. штукатурка 0,35 10 683 9,8

Керамз.-бет. панели 0,35 350

Неопор 0,037 320

Наруж. штукатурка 0,7 3

Старая изоляция на кровле была полностью удалена. Далее на ж/б плиту была уложена пароизоляция, пенополистирол - 450 мм, бетонная стяжка - 40 мм и два слоя гидроизоляции.

Кровля

Вид слоя ограждения X,

Ж/б перекрытие 2,1 220 776 11,8

Выравн. бет. слой 0,1 50

Рулон. изоляция, 1 слой 0,1 8

Полистирол РБ30 0,040 450

Стяжка из бетона 2,1 40

Покрытие кровли, 2 слоя 0,1 4*2

Наружные стены в области грунта утепляются экструзионным пенополистиролом толщиной 300 и 200 мм с Х= 0,031 (вт/м°С).

Сопротивление теплопередаче для наружной стены рассчитано в области грунта на отметках от -0.450 м до -2.000 м R0 = 10,0 (м2°С/Вт) и от -2.000 м до -4.900 м R0 = 6,8 (м2°С/Вт), для пола первого этажа Ro = 7,5 (м2°С/Вт). Наружные стены в области грунта утепляются экструзионным пенополистиролом с \= 0,031 (Вт/м°С).

Для окон планировалось использовать оконный профиль TopLine Plus фирмы Ve-ka (сертифицированный Passivhaus Institut). Сопротивление теплопередаче рамы составляет согласно сертификату 1,37 (м2°С/Вт). В качестве остекления было запланировано трехслойное остекление Low-E с двумя селективными покрытиями, со специальной дистанционной рамкой "Swisspacer V" и заполнением аргоном. Коэффициент светопропускания остекления 52% и Ro= 1,72 (м2°С)/Вт. В Passivhaus Institut были

подробно проверены две ситуации монтажа. Одна ситуация - окно смонтировано снаружи несущей стены с помощью металлических пластин внутри наружного слоя теплоизоляции толщиной 300 мм, вторая ситуация - часть рамы опирается на керамзито-бетонную ограждающую панель. Обе ситуации рассчитаны с помощью специальной расчетной программы методом конечных элементов. В дальнейшем был использован приведенный коэффициент теплопередачи окна для первого варианта Uw,eff 1 = 0,71 (Bt/M2oC) (или R0= 1,41 (M2oC)/BT).

Важным было по возможности спроектировать узлы как «без тепловых мостов», т.е. с линейным коэффициентом теплопередачи, относящимся к наружным размерам здания, < 0,01 Вт/м°С. Это было успешно запроектировано для узла в парапетной части с = -0,022 Вт/м°С и также в области наружная стена-пол первого этажа с = -0,020 Вт/м°С. Минимальная температура на внутренней поверхности для этих тепловых мостов при внутренней температуре +20°С составляет +18,7°С при -10°С снаружи и +18,1°С при -30°С.

Проблема с большими тепловыми мостами присутствует только в области фундаментный стакан под колонну - грунт, фундамент наружной стены лестничной клетки -грунт, стена лестничной клетки - перекрытие над подвалом. Теплоизоляция всех узлов запроектирована так, чтобы минимальная температура на внутренней поверхности была более +15°С.

Удельное потребление тепловой энергии на отопление пассивного дома в г. Вос-кресенске, определенное по PHPP-2007, составляет около 12 кВтч/(м2г), но это значение в дальнейшем подлежит проверке. Общая потребность в первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электричество) составляет 142 кВтч/(м2год). В нашем случае выполняется критерий стандарта пассивного дома вследствие большого числа человек на квадратный метр, которое составляет круглосуточно около 80 человек.

Литература:

1. Вольфганг Файст. Основные положения по проектированию пассивных домов / под. ред. Елохова А.Е. - М.: Издательство АСВ. - 144 с.

2. Protokollband Nr. 14 des Arbeitskreises Kostengünstige Passivhäuser: Passivhaus-Fenster; Passivhaus Institut Eigenverlag, 1. Auflage, Darmstadt 1998

3. Protokollband Nr. 16 des Arbeitskreises Kostengünstige Passivhäuser: Wärmebrückenfreies Konstruieren; Passivhaus Institut Eigenverlag, 1. Auflage, Darmstadt 1999

4. Wolfgang Feist (Hrsg): Das Niedrigenergiehaus. 4. Auflage (С F. Müller-Verlag), Heidelberg 1997

5. Wolfgang Feist, Reiner Pfluger, Berthold Kaufmann, Jürgen Schnieders, Oliver Kah: Passivhaus Pro-jektierungs Paket 2007, Anforderungen an qualitätsgeprüfte Passivhäuser; Darmstadt, 2007

Статья представлена Редакционным советом «Вестника МГСУ»