А.Н. Проталинский, к.т.н., доцент
Практический опыт строительства массового энергоэффективного жилья в условиях современной России и ближнего зарубежья крайне ограничен. Однако ход экономических преобразований настоятельно диктует необходимость углубленного изучения этого опыта в условиях всей страны и выработку устойчивых региональных объектов – аналогов. Становится необходимым тиражирование передовых архитектурно-планировочных, строительных и технологических решений при реализации целевых региональных программ энергосбережения и энергоэффективности жилого фонда. Поскольку для условий Сибири климатические характеристики строительства кратно превосходят параметры Москвы или других городов европейской части, то технический уровень рекомендованных решений должен быть соответственно выше. Это наглядно видно из таблицы сравнения климатических особенностей городов Западной Сибири, требуемых приведенных сопротивлений теплопередаче Roтр (таблица 1).
1В числителе указано сопротивление теплопередаче при предписывающем подходе, в знаменателе - допустимое при потребительском подходе.
Выполнение требований СНиП 23-02-2003 по разделу тепловой защиты зданий позволяет установить класс энергетической эффективности зданий и разработать стратегию повышения энергоэффективности жилого фонда.
По результатам выполненных исследований установлено, что современный жилой фонд обладает огромным резервом экономии энергетических ресурсов. Большинство зданий в результате поэтапного применения энергосберегающих мероприятий могут быть приведены в нормальное состояние (класс энергетической эффективности по СНиП 23-02-2003 В и С). Максимальную независимость от внешних источников энергии получают при создании пассивных домов.
Пассивный (энергосберегающий) дом является логическим продолжением развития и совершенствования основных принципов экономии всех видов энергоносителей в строительном проектировании. Эта идея впервые появилась и была реализована в Германии в 1996 году. В настоящее время проектированием и строительством таких домов начали заниматься в России и Белоруссии.
Основные принципы пассивного дома.
· Уровень потребления энергии на отопление здания менее 15 кВт·ч/ м2·год;
· Теплоизоляция наружных ограждений имеет сопротивление не менее 10 м2·˚С/Вт при условии применения высококачественных теплоизоляционных материалов и их равномерного распределения по всей поверхности строительных конструкций (таблица 2);
· Утилизация теплоты удаляемого воздуха приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла вентиляционных выбросов и использование тепла канализационных стоков;
· Коэффициент теплопроводности светопрозрачных конструкций не менее 1,2 м2·˚С/Вт;
· Герметичность внешней оболочки здания.
Значительное повышение теплозащитных характеристик всех строительных элементов зданий позволяет исключить традиционную систему отопления и объединить ее с системой вентиляции. За счет такой системы до 95% тепловой энергии вытяжного воздуха возвращается в помещения дома. Движение воздушных потоков исключает их перемешивание, в результате чего воздух всегда свежий. Это исключает необходимость в проветривании и устройстве форточек. Неконтролируемые потери тепла сокращаются. Рекуператор тепла работает как на нагрев воздуха, так и на его охлаждение, что позволяет выдерживать постоянные комфортные условия дома. В качестве дополнительных нетрадиционных источников могут применяться грунтовые теплообменники и солнечные батареи.
Основным материалом теплоизоляции дома могут быть как высококачественные минеральные, так и органические теплоизоляционные материалы. Современный пенополистерол не изменяет своих основных свойств на протяжении 50 лет, что позволяет рекомендовать его к использованию в энергоэффективных объектах. Улучшенные теплотехнические характеристики такого материала уменьшают толщину наружной стены до 26 см при обеспечении требуемого термического сопротивления.
Принципы «пассивного дома» разработаны и устойчиво действуют в условиях умеренного климата Западной Европы. Более жесткие условия строительства в России не позволяют реализовать эту модель в полном объеме. Имеющиеся экспериментальные жилые дома с оптимальными энергосберегающими мероприятиями и техническими решениями можно отнести к «условно-пассивным».
Практическая апробация основных направлений эффективного энергопотребления выполнена в г.Москве на базовом для такого строительства типовом 17-ти этажном четырехсекционном доме серии III – 355 MO в микрорайоне Никулино. В типовой проект крупнопанельного дома были внесены следующие изменения:
· применен новый вид многослойных наружных ограждающих конструкций с повышенным сопротивлением теплопередаче;
· изменена система вентиляции здания, при которой отменен «теплый чердак», а само пространство используется для установки оборудования утилизации тепла вытяжного воздуха. При этом изменена теплоизоляция покрытия и чердачного перекрытия;
· типовые окна заменены на конструкции с приточными клапанами, что обеспечивает контролируемую вентиляцию помещений;
· подвальное помещение используется для размещения энергосберегающего оборудования инженерных систем;
· система отопления – двухтрубная горизонтальная поквартирная с теплосчетчиками, термостатическими вентилями на каждый отопительный прибор для индивидуального регулирования температуры в помещении;
· установлена теплонасосная установка для горячего водоснабжения с использованием тепла грунта и удаляемого вентилируемого воздуха.
Суммарное снижение теплопотребления от всех рассмотренных мероприятий составило 51%, при этом годовой расход тепла снижен с 340 до 160 кВт·ч/ м2·год. При условии перспективного освоения дополнительных технических решений и мероприятий годовое потребление может составлять 109 кВт·ч/ м2·год, что доводит экономию до 32% теплопотребления базовой секции. Срок окупаемости дополнительных капитальных затрат на реализацию энергосберегающих мероприятий составил 6,7 года.
Толщина теплоизоляционного слоя рассчитывается для материала с λ = 0,040 Вт/ м2 (Wärmeleigruppe 040).
В г. Минске в рамках выполнения «Комплексной программы по проектированию, строительству и реконструкции энергоэффективных жилых домов на 2009-2010 годы и на перспективу до 2020 года» запроектирован и построен дом серии III- 90 МАПИД. Цель экспериментального проекта – отработка технических решений по снижению уровня затрат тепловой энергии на отопление до 30 кВт·ч/ м2·год, что обеспечивает их трехкратное снижение в сравнении со зданиями нового строительства.
Достижение установленного уровня теплопотребления обеспечивается следующими техническими решениями:
· поквартирная приточно-вытяжная вентиляция с механическим побуждением и рекуперацией тепла уходящего воздуха с эффективностью возврата тепла более 85%;
· светопрозрачные конструкции нового поколения с аргоновым заполнением при сопротивлении теплопередаче R = 1,2 м2·˚С/Вт;
· стеновые панели с увеличенным сопротивлением теплопередаче, в среднем, от значения 3,2 м2·˚С/Вт в середине фасада дома до 5,2 м2·˚С/Вт на торцах;
· горизонтальная поквартирная разводка тепла с автоматическим климат-контролем и индивидуальным учетом;
· автоматический контроль квартирных блоков управления с регистрацией параметров микроклимата, режимов работы вентилятора и подачи тепла.
Наблюдение за фактическим потреблением тепла показали насколько завышенные от расчетных показатели экспериментального дома (≈ 40 кВт·ч/ м2·год), однако для многоэтажного жилого дома достигнутый уровень теплопотерь является очень высоким.
В каждом из рассмотренных технических решений жилой дом является единой энергетической системой, включающей строительные конструкции, инженерное оборудование и системы автоматики. Степень зависимости объектов от внешней подачи тепловой энергии доведена до минимума.
Реализация проекта пассивного дома в полной мере отвечающего рекомендациям института Passiv Haus начата в г.Москве. Стоимость возведения 1 м2 объекта по состоянию на 2010 г. составила 24 тыс. руб. без учета затрат на инженерное оборудование. Необходимая инженерная часть пассивного дома зависит от площади здания, выбора поставщиков, степени автоматизации и т.д. При всех вариантах колебания уровней затрат срок окупаемости нового оборудования данного проекта составляет 7 лет. В сравнении с традиционными в России типам и жилья и используемыми энергоносителями «пассивный дом» потребляет энергии в 3-4 раза меньше.
Концепция «пассивного дома» в полной мере отвечает обязательным требованиям по энергосбережению в зданиях, оборудовании, конструкциях и организации эксплуатации на ближайшую перспективу. По мере повышения тарифов на энергоресурсы заинтересованность в таких объектах увеличивается. Требуется обработка технических решений таких объектов для условий климата Сибирского региона.
Литература:
1. Табунщиков Ю.А., Бродач М.М., Шилкин И.В. Энергоэффективные здания. М.: АВОК – Пресс, 2003
2. Данилевский Л.Н., Пилипенко В.М., Потерщик В.А., Янчарский И. Опыт эксплуатации энергоэффективного панельного жилого дома. Архитектура и строительство, 3/2009
3. Пилипенко В.М., Данилевский Л.И. Строительство энергоэффективных зданий в Республике Беларусь. РААСН. М.: 2011
4. Файст В. Основные положения по проектированию пассивных домов. М.: АСВ. 2008
5. Melita Tuschinski. EnEV and EEWärmeJ 2009. New rules on energy efficiency and renewable energy. Detail. Green.02/09
6. Данилевский Л.Н. От пассивного к энрегоэффективному дому. Архитектура и строительство, 3/2010
7. Белоусов С.О., Ксенофонтов В.А. В России реализован первый проект пассивного дома. Технологии строительства, 4.2011
8. Johannes Kaufmann. Passive-Energy Housing in Dornbirn. Detail. 1/2, 2004