Порядок в доме начинается с порядка в голове.
Вы решили строить жилой дом. Изначально ясно, что это должно быть здание XXI века, по-европейски современное и энергоэкономичное.
А что говорили наши деды-прадеды по этому поводу? В издании 1821 г. "Опыт городовым и сельским строениям, или Руководство к знанию, как располагать и строить всякого рода строения по неимению Архитектора…" читаем: "И для того прежде нежели приступить к строению, должно мысли свои начертать на бумаге, смотря на семейство и место, где какому надлежит быть строению и сколько потребно и каких покоев...".
Кроме того, циркуляр Петра I гласил, что "все проекты зело исправны быть должны, дабы казну зряшно не разорять и отечеству ущерба не чинить. Кто станет абы как ляпать, того чина лишу и кнутом драть велю".
По традиции петровских времен смотрим на Запад. Зело исправные современные жилые здания там оцениваются следующим образом. Здание, в том числе комфорт здания, рассматривается в совокупности с окружающей средой как единая система устойчивости среды обитания человека и как единая с окружающей средой энергетическая система и ее адаптивное динамическое развитие.
В настоящее время энергосбережение жилыми зданиями в развитых странах стало гораздо более важной задачей, чем увеличение объемов производства энергии. Многочисленные исследования показывают, что, например, в европейских странах можно было бы уменьшить выбросы углекислого газа и, соответственно, потребление первичных энергоресурсов на 50%, если бы во всех отапливаемых зданиях соблюдались требования по теплоизоляции.
Пассивный
или теплосберегающий дом:
как его строят в Европе
Практика и анализ опыта различных стран в вопросах энергосбережения показывают, что наиболее эффективным путем решения этой проблемы является сокращение потерь тепла через наружные ограждающие конструкции здания с повышением их долговечности. Во всем мире достаточно активно разрабатываются и строятся пассивные, энергоэффективные и "зеленые" здания.
С 31 декабря 2019 г. все строящиеся в ЕС здания должны будут соответствовать показателям профиля качества пассивного здания с минимальным или нулевым потреблением энергии, и в большей степени эта энергия должна будет покрываться из возобновляемых источников энергии. А энергоэффективность и безопасность существующих зданий должны быть приведены к действующим требованиям и стандартам.
Директивы ЕС EPBD (об энергоэффективности зданий) одним из самых значимых изменений называют определенный в апреле 2009 г. курс на нулевую энергозатратность (zero energy) всех зданий, построенных после 31 декабря 2019 г.
Идеология, концепция и технология функционирования пассивного дома предусматривают эффективную сплошную теплоизоляцию всех ограждающих поверхностей. Пассивный дом просто не смог бы функционировать, если бы теплопотери через наружные ограждающие конструкции не были сокращены до минимума. "Летние" условия должны быть точно так же запроектированы, как и "зимние".
Устройство теплоизоляции здания - это важнейшее мероприятие, с помощью которого возможна экономия энергии в здании. Одновременно возрастают комфорт и защита (соответственно, и долговечность) строительных конструкций. В результате в пассивных домах теплопотери через ограждающие поверхности не превышают 15 кВт·ч с квадратного метра отапливаемой площади в год - практически в 20 раз ниже, чем в обычных зданиях, в том числе в Украине.
Все современные теплоизоляционные материалы имеют примерно одинаковую теплопроводность в пределах 0,04 Вт/м∙К. Они почти равны по своим теплоизоляционным свойствам, но обладают другими очень отличающимися качествами.
Деградация теплоизоляционных материалов утеплителей
в новых строениях
и их ограждающих конструкциях
Большое количество публикаций, круглых столов, конференций и других мероприятий, посвященных теплоизоляционным материалам и теплоизолированным ограждающим конструкциям (стенам), существенно укрепили идеи энергосбережения в сознании потребителей. Однако рекламная направленность многих публикаций, нечеткие, часто противоречивые, а иногда и ложные (ошибочные) представления о теплотехнических свойствах теплоизолированных ограждающих конструкций и применяемых теплоизоляционных материалов внесли некоторую неразбериху в процесс оценки обоснованности и оптимальности принимаемых решений по конструкции ограждающих конструкций и применяемых теплоизоляционных материалов.
Если бы вы поинтересовались у своих друзей и знакомых, которые уже построили дом или сделали так называемый современный ремонт, возможно, кто-то и рассказал бы вам, что у него в доме, возведенном всего несколько лет назад, мощности системы отопления перестало хватать зимой, чем он сильно огорчен и расстроен. Успокойте его - ему еще очень повезло. Несколько лет назад в Москве завалилось целое здание аквапарка - по причине деградации теплоизоляции, о чем ее производитель скромно умолчал при заказе.
Напомню, что деградация - это утрата физических характеристик и параметров под воздействием факторов влияния неотвратимой силы. И это относится не только к теплосистемам…
Рассмотрим вопросы качества наружных ограждающих конструкций с точки зрения срока их службы и расходов периода жизненного цикла здания. С сохранением требуемых эксплуатационных характеристик и минимизацией расходов на содержание здания, а также устранением возможности деградационного отказа наружных ограждающих конструкций ассортимент оптимальных недеградирующих теплоизоляционных материалов сокращается до двух наименований - пеностекло и пенобетон.
Известный французский архитектор Ле Корбюзье называл жилище (здание) машиной для жилья, а хорошая машина должна быть безопасной, комфортабельной, надежной и необременительной по стоимости строительства и особенно обслуживания. Строим раз - обслуживаем постоянно.
О чем бы мы ни говорили,
мы, по сути,
всегда говорим о деньгах
Один из известных финансистов как-то сказал: о чем бы мы ни говорили, мы, по сути, всегда говорим о деньгах. То есть расходы на жилище (здание) должны быть оптимальными (минимизированными) и оправданными с нашей точки зрения и сегодня, и особенно завтра.
Одним из основных критериев оптимизации расходов на жилище (здание) являются расходы периода жизненного цикла здания (РПЖЦ = Капвложения в здание + Капвложения в изделие/оборудование + Капвложения в интерьер +Энергозатраты электроэнергии/тепла + Обслуживание и ремонт + Окружающая среда + утилизация).
Период жизненного цикла здания должен составлять по крайней мере 100–200 лет. Основными долговременными ресурсными затратными факторами при таком периоде будут: энергозатраты (электроэнергия + тепло/холод) +водоснабжение (пресная вода) + водоотведение и очистка стоков + утилизация (рециклизация) отходов и здания + обслуживание и ремонт + экология.
Главная идея для строительства XXI века - природа не является пассивным фоном нашей деятельности: в результате профессионального подхода может быть создана новая природная среда, обладающая более высокими комфортными показателями для градостроительства и в то же время являющаяся энергетическим источником для климатизации и энергообеспечения здания.
Здание необходимо рассматривать в совокупности с окружающей средой - как единую, в том числе энергетическую, систему. Такой подход привел к появлению нового понятия - "здание как среда обитания человека".
Страны, осознавшие важность решения задачи оценки здания как среды обитания человека, начали разрабатывать собственные методы оценки экологически чистого и устойчивого развития среды обитания, ее модификации и динамического строительства.
В некоторых странах уже внедрены методы оценки экологически чистого и устойчивого развития среды обитания и ее строительства, которые включают критерии энергоэффективности зданий, так называемые зеленые стандарты. Действуют национальные рейтинговые системы оценки "зеленых" зданий. Разработаны, внедрены и действуют концепции "зеленого" строительства, "зеленого" здания, пассивного здания и активного здания. Их регулируют руководство по энергетическому и экологическому проектированию "зеленых" зданий (LEED, США); метод экологической экспертизы (BREEAM, Великобритания); сертификат устойчивого строительства (German Sustainable Building Certificate, Германия); стандарт СТО НОСТРОЙ 2.35.4–2011 "Зеленое строительство", рейтинговая система оценки устойчивости среды обитания (РФ).
Во всех вышеназванных случаях речь идет о зданиях жилых, общественных и прочих, в которых находится человек.
Концепция автономного энергоэффективного здания (Passive house)
Пассивный дом, энергосберегающий дом или экодом (нем. Passivhaus, англ. passive house) - сооружение, основной особенностью которого является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление: в среднем около 10% от удельной энергии на единицу объема, потребляемой большинством современных зданий. Стоимость строительства энергосберегающего (пассивного) жилья в ЕС на 8–10% больше средних показателей для обычного здания (Википедия).
Концепция Passive house ("Пассивного дома") представляет собой комплексный системный подход к экономичному, экологически чистому "зеленому" и энергосберегающему строительству зданий различного назначения. При этом стандарты пассивного дома не универсальны, во многих странах действуют собственные требования и стандарты.
Основные положения концепции Passive house:
1. Главная задача при создании энергоэффективного здания - обеспечить минимальное потребление тепловой и электрической энергии с нормой годового энергопотребления менее
15 кВт∙ч/м2. А также обеспечить одновременно повышение комфортности условий проживания и экономию энергетических ресурсов. Для этого необходимо обеспечить для ограждающих конструкций коэффициент сопротивления теплопередаче не менее 10 м2 К/Вт (стандарт ЕС). Обозначенный уровень энергопотребления - менее 15 кВт∙ч/(м2∙год) - в Европе реализуется в регионах с количеством градусо-суток отопительного периода (ГСОП) менее 3400.
2. Нормативы по удельному потреблению первичной энергии для жилых зданий определяют энергозатраты на горячее водоснабжение (ГВС), принимаемые равными 12,5 кВт∙ч/(м2∙год). (Удельное расчетное потребление системы ГВС при 50 л/сутки на одного человека - около 2,2 кВт∙ч/чел. в сутки.)
3. Сведение к минимуму количества тепловой проводимости имеющихся в конструкции тепловых мостов.
4. Повышение до максимального технически возможного уровня термического сопротивления светопрозрачных ограждающих конструкций (окон).
5. Обеспечение необходимой воздухоплотности конструкции здания относительно притока наружного воздуха.
6. Создание системы принудительной вентиляции для подачи свежего воздуха, удаления отработанного воздуха, распределения тепла в помещении и организация регенерации тепла вентиляционного воздуха.
7. Рекуперация тепла отработанного воздуха - уровень рекуперации тепла более 75%.
8. Рациональное водопользование и использование атмосферных осадков.
9. Высокоэффективные установки экономии электроэнергии для использования в хозяйственных целях. Бытовая техника с низким потреблением электроэнергии.
10. Минимизация эксплуатационных расходов, затрат и ресурсов, обеспечение максимальной ремонтопригодности инженерных систем, конструкций и устройств.
11. Для получения электрической энергии использовать только возобновляемые ресурсы.
12. Для получения тепловой энергии и подогрева воды максимально использовать энергию солнца (солнечные коллекторы и тепловые насосы).
13. Для сохранения тепловой энергии использовать накопители - тепловые аккумуляторы с недельным или месячным ресурсом и основной сезонный накопитель тепловой энергии.
14. В архитектурном проекте дома необходимо максимально использовать компактность формы строения, учесть элементы солнечного дизайна, возможное воздействие ветра и др.
15. Конструкции Passive house предусматривают использование экологически корректных материалов с минимальными затратами на их производство, доставку и утилизацию, в основном традиционных - дерева, камня, кирпича, бетона, стекла.
16. Динамическое управление всеми техническими устройствами и системами - система "умный дом" (intelligent building).
Европейский парламент и Совет Европейского Союза разработали для стран, входящих в ЕС, ряд законов (директив), предназначенных для стандартизации строительных нормативов по повышению энергоэффективности зданий. В качестве критерия, характеризующего энергетическую эффективность зданий, большинство стран используют затраты первичной энергии, выражаемой, как правило, в киловатт-часах на квадратный метр в год.
Согласно закону (требованиям), энергоэффективность здания - это фактически потребленное или рассчитанное количество энергии, предназначенной для различных нужд, которые связаны с обычным использованием здания, включая, среди прочего, отопление, нагрев горячей воды, охлаждение, вентиляцию, освещение и энергопотребление бытовыми электроприборами.
Новая Директива EPBD, так же, как и действующая Директива EPBD 2002/91/ЕС, сохраняет подход к зданиям как к единой энергетической системе.
В ряде европейских стран (Дании, Германии, Финляндии и др.) разработаны специальные целевые государственные программы по приведению всех объектов регулярной застройки к условно-пассивному уровню (дома ультранизкого потребления - до 30 кВт·ч/м2∙год).
Экономическая эффективность теплозащиты ограждающей конструкции и теплоизоляционных материалов
На современном этапе развития экономики и при возрастающей значимости энергоресурсов именно теплозащитные свойства ограждающих конструкций зданий выходят на первый план при определении понятия их качества.
Современная экономическая теория формулирует показатель экономической эффективности как отношение показателя уровня качества к величине расходов, необходимых для достижения этого уровня.
Для всех типов ограждающих конструкций показателем уровня качества может служить их приведенное сопротивление теплопередаче. Кроме того, учитывая долговечность конструкции как составляющую их качества, необходимо учитывать временной параметр, а именно - срок службы конструкции и теплоизоляционных материалов при условии сохранения ее параметров на постоянном заданном уровне. Чем выше сопротивление теплопередаче и чем дольше оно сохраняется на постоянном уровне, тем больше энергии может быть сэкономлено на отоплении здания.
Исходя из такого определения показателя качества, общие расходы на ограждающую конструкцию за период ее жизненного цикла будут складываться из расходов на ее проектирование и возведение - единовременных капитальных расходов, а также из эксплуатационных расходов на поддержание заданного уровня качества.
Используя такой критерий, нельзя определить величину экономического эффекта от энергосбережения или срок окупаемости ограждающей конструкции. Но при директивно заданном уровне теплозащитных свойств пассивного здания можно сравнивать эффективность того или иного конструктивного решения и примененных теплоизоляционных материалов.
Адаптация Украины
к нормам ЕС
в жилищном строительстве
Тренды развития всемирного хозяйства и среды обитания человека формируют новую парадигму энергетического и технологического уклада ХХI века, а также новую парадигму профиля желаемого качества здания и среды обитания человека. Особое место занимают энергопотребление и энергообеспечение пассивных зданий.
Первичные энергоносители в привычном для нас виде через сто лет, скорее всего, использоваться не будут из-за их дороговизны либо полного или частичного отсутствия, или же будут представлены только в музеях.
Директивы ЕС EPBD декларируют курс на нулевую энергозатратность всех зданий, построенных после 31 декабря 2019 г. Необходимая для зданий энергия должна будет покрываться из возобновляемых источников энергии. Выполнение требований директив
ЕС EPBD обеспечить минимальное потребление тепловой и электрической энергии с нормой годового энергопотребления менее
15 кВт∙ч/(м2∙год) потребует: от разработчиков - выбора новых технологий, новых конструктивных решений, оборудования и материалов; от производителей - пересмотра подхода к изготовлению конструкций, оборудования и комплектующих; от потребителей - увеличения первичных расходов и затрат. Об этом далее - в телеграфном стиле.
Жилые здания XXI века в Украине должны обеспечивать качество жизни на уровне стандартов передовых стран мира. Эти стандарты должны быть адаптированы с учетом климатических условий и особенностей Украины и обеспечения конкурентоспособности жилого фонда страны. Основными критериями экономической эффективности зданий, как уже отмечалось выше, являются расходы периода жизненного цикла здания по крайней мере 100–200 лет.
Климат Украины существенно отличается, к примеру, от "сурового скандинавского" или же более теплого на юге Европы. Средняя температура отопительного периода приблизительно на десять градусов, а температура наиболее холодных суток - на 17–22 градусов ниже, чем в зоне действия стандартов пассивного здания в ЕС. И чтобы обеспечить энергопотребление здания на уровне не выше 15 кВт∙ч/(м2∙год), приведенное сопротивление теплопередаче и толщина теплоизоляции должны быть больше, чем предусмотрено стандартами ЕС, - на уровне около 15 м2∙К/Вт (в ЕС - 10 м2∙K/Вт).
Наружные недеградирующие ограждающие конструкции - утеплитель пеностекло (не менее 200 мм), внутренний утеплитель - пенобетон (не менее 400–500 мм с учетом климатических зон).
Для обеспечения повышения эффективности до максимального технически возможного уровня термического сопротивления светопрозрачных ограждающих конструкций (окон) их сопротивление теплопередаче должно быть доведено до 3,0–3,5 м2∙К/Вт.
Оконная коробка - деревянная, шириной не менее 205 мм. Наружные и внутренние теплозащитные жалюзи. Стеклопакеты в две нитки.
Наружный энергосберегающий стеклопакет - двухкамерный, 44 мм, внутренний энергосберегающий стеклопакет - трехкамерный, 64 мм.
Система динамической адаптивной климатизации должна предоставлять людям гарантированно безопасные по санитарным и микробиологическим требованиям и нормам, здоровые и комфортные условия для жизни и работы. А также обеспечивать соблюдение ряда специальных требований по защите человека от воздействия факторов, связанных с экологическими катастрофами и угрозами применения биологического оружия и прочих агентов, переносимых по воздуху.
Физиологически оптимальный и технологически обоснованный объем подаваемого наружного воздуха системой вытесняющей вентиляции на квадратный метр (при отсутствии в помещении людей) составляет 1,1 м3 в час + 10 л/с, или 36 м3 в час, на каждого человека в помещении, в котором он находится.
Система динамической адаптивной климатизации должна иметь встроенную систему центрального пылеудаления со специальным сепаратором и комплексом приспособлений для очистки и бактерицидного обеззараживания помещений и воздуховодов.
Для обеспечения и поддержания комфортного микроклимата в помещениях здания и оптимизации потребления энергии необходимо интегрированное функциональное, технологическое и техническое объединение системы климатизации с системой вытесняющей вентиляции и системой лучистого инфракрасного отопления, с покомнатным регулированием температуры и воздухообмена. Это обеспечит сокращение потребления энергии на 60–70% по сравнению с существующими системами отопления и климатизации при существенном повышении безопасности и качества микроклимата.
Также необходимы обеспечение качественной питьевой водой, экономия водных ресурсов и рациональное водопользование с обязательным использованием атмосферных осадков и рекомбинацией водопотребления и водоотведения.
В здании должны использоваться только экологически корректные материалы, с минимальными затратами на их производство, и пригодные к последующей рециклизации (переработке и повторному использованию).
Все виды бытовых и иных отходов должны подвергаться комплексной безотходной рециклизации и переработке.
В энергообеспечении - только возобновляемые ресурсы, максимально использовать альтернативные энергоисточники. Для сохранения тепловой энергии использовать накопители - тепловые аккумуляторы: технологические - с суточным, недельным или месячным ресурсом, основные - сезонные накопители тепловой энергии. Предусматривать рекомбинацию (разделение по приоритетным категориям энергопотребления) систем энергообеспечения в здании.
"Пассивный дом" должен быть автономной независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры и энергообеспечения от внешних не альтернативных источников энергии.
Система умного управления домом должна быть надежной, простой, с оптимальной функциональностью и полностью исключать неопределенности адаптивного динамического поведения всех инженерных систем и здания в целом.
Сложно, быть может, но кто сказал, что мир устроен просто или станет проще?