Порядок у домі починається з порядку в голові.
Ви вирішили зводити житловий будинок. Від самого початку зрозуміло, що це має бути будинок XXI століття, по-європейськи сучасний і енергоекономічний.
А що говорили наші діди-прадіди з цього приводу? У виданні 1821 р. "Опыт городовым и сельским строениям, или Руководство к знанию, как располагать и строить всякого рода строения по неимению Архитектора…" читаємо: "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...".
Крім того, у циркулярі Петра I йдеться, що "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".
За традицією петровських часів дивимося на Захід. "Зело исправные" сучасні житлові будівлі там оцінюють у такий спосіб. Будівля, зокрема комфорт будівлі, розглядається в сукупності з навколишнім середовищем як єдина система усталеності середовища проживання людини і як єдина з навколишнім середовищем енергетична система та її адаптивний динамічний розвиток.
На сьогодні енергозбереження житловими будівлями в розвинених країнах стало набагато важливішим завданням, ніж збільшення обсягів виробництва енергії. Численні дослідження показують, що, наприклад, у європейських країнах можна було б зменшити викиди вуглекислого газу та, відповідно, споживання первинних енергоресурсів на 50%, якби в усіх опалюваних будівлях дотримувалися вимоги щодо теплоізоляції.
Пасивний або теплозберігаючий будинок: як його будують у Європі
Практика й аналіз досвіду різних країн у питаннях енергозбереження показують, що найефективнішим шляхом розв'язання цієї проблеми є скорочення втрат тепла через зовнішні огороджувальні конструкції будівлі з підвищенням їхньої довговічності. В усьому світі досить активно розробляють і зводять пасивні, енергоефективні й "зелені" будівлі.
Із 31 грудня 2019 р. усі будівлі, споруджувані в ЄС, мають відповідати показникам профілю якості пасивної будівлі з мінімальним або нульовим споживанням енергії, і більшою мірою ця енергія має покриватися з відновлюваних джерел енергії. А енергоефективність і безпека існуючих будівель мають бути приведені до чинних вимог і стандартів.
Директиви ЄС EPBD (про енергоефективність будівель) однією з найбільш значущих змін називають визначений у квітні 2009 р. курс на нульову енерговитратність (zero energy) усіх будівель, зведених після 31 грудня 2019 р.
Ідеологія, концепція й технологія функціонування пасивного будинку передбачають ефективну суцільну теплоізоляцію всіх огороджувальних поверхонь. Пасивний будинок просто не зміг би функціонувати, якби тепловтрати через зовнішні огороджувальні конструкції не було скорочено до мінімуму. "Літні" умови мають бути точно так само запроектовані, як і "зимові".
Теплоізоляція будівлі - це найважливіший захід, з допомогою якого можлива економія енергії в будівлі. Одночасно зростають комфорт і захист (відповідно, і довговічність) будівельних конструкцій. У результаті в пасивних будинках тепловтрати через огороджувальні поверхні не перевищують 15 кВт·год. з квадратного метра опалюваної площі на рік - практично в 20 разів нижчі, ніж у звичайних будинках, зокрема і в Україні.
Усі сучасні теплоізоляційні матеріали мають приблизно однакову теплопровідність у межах 0,04 Вт/м∙К. Вони майже однакові за своїми теплоізоляційними властивостями, але й дуже різняться іншими якостями.
Деградація теплоізоляційних матеріалів утеплювачів
у нових будівлях та їхніх огороджувальних конструкціях
Багато публікацій, круглих столів, конференцій та інших заходів, присвячених теплоізоляційним матеріалам і теплоізольованим огороджувальним конструкціям (стінам), істотно посилили ідеї енергозбереження у свідомості споживачів. Однак рекламна спрямованість багатьох публікацій, нечіткі, часто суперечливі, а іноді й хибні (помилкові) уявлення про теплотехнічні властивості теплоізольованих огороджувальних конструкцій і застосовуваних теплоізоляційних матеріалів внесли певну плутанину в процес оцінки обґрунтованості й оптимальності прийнятих рішень щодо конструкції огороджувальних конструкцій і застосовуваних теплоізоляційних матеріалів.
Якби ви поцікавилися у своїх друзів і знайомих, які вже побудували будинок або зробили так званий сучасний ремонт, можливо, хтось і розповів би вам, що в нього в будинку, зведеному лише кілька років тому, потужності системи опалення перестало вистачати взимку, чим він дуже засмучений і розстроєний. Заспокойте його - йому ще пощастило. Кілька років тому в Москві завалилася ціла будівля аквапарку - через деградацію теплоізоляції, про що її виробник скромно промовчав при замовленні.
Нагадаю, що деградація - це втрата фізичних характеристик і параметрів під дією факторів впливу невідворотної сили. І це стосується не лише теплосистем…
Розглянемо питання якості зовнішніх огороджувальних конструкцій з погляду терміну їх служби та витрат періоду життєвого циклу будівлі. Зі збереженням потрібних експлуатаційних характеристик і мінімізацією витрат на утримання будівлі, а також усуненням можливості деградаційної відмови зовнішніх огороджувальних конструкцій асортимент оптимальних недеградуючих теплоізоляційних матеріалів скорочується до двох найменувань - піноскло і пінобетон.
Відомий французький архітектор Ле Корбюзьє називав житло (будівлю) машиною для проживання, а хороша машина має бути безпечною, комфортабельною, надійною й необтяжливою щодо вартості будівництва та особливо обслуговування. Будуємо раз - обслуговуємо постійно.
Хоч би про що ми говорили,
ми, по суті, завжди говоримо про гроші
Один із відомих фінансистів якось сказав: хоч би про що ми говорили, ми, по суті, завжди говоримо про гроші. Тобто витрати на житло (будівлю) мають бути оптимальними (мінімізованими) і виправданими, на наш погляд, і сьогодні, й особливо завтра.
Одним із основних критеріїв оптимізації витрат на житло (будівлю) є витрати періоду життєвого циклу будинку (ВПЖЦ = Капвкладення в будівлю + Капвкладення у виріб/
обладнання + Капвкладення в інтер'єр + Енерговитрати електроенергії/тепла + Обслуговування й ремонт + Навколишнє середовище + Утилізація).
Період життєвого циклу будівлі має становити принаймні 100–200 років. Основними довгостроковими ресурсними витратними чинниками за такого періоду будуть: енерговитрати (електроенергія + тепло/холод) + водопостачання (прісна вода) + водовідведення й очищення стоків + утилізація (рециклізація) відходів і будівлі + обслуговування й ремонт + екологія.
Головна ідея для будівництва XXI століття - природа не є пасивним тлом нашої діяльності: у результаті професійного підходу може бути створене нове природне середовище, яке має вищі комфортні показники для містобудування і водночас є енергетичним джерелом для кліматизації та енергозабезпечення будівлі.
Будівлю необхідно розглядати в сукупності з навколишнім середовищем - як єдину, у тому числі енергетичну, систему. Такий підхід привів до появи нового поняття - "будівля як середовище проживання людини".
Країни, які усвідомили важливість вирішення завдання оцінки будівлі як середовища проживання людини, почали розробляти власні методи оцінки екологічно чистого і усталеного розвитку середовища проживання, його модифікації та динамічного будівництва.
У деяких країнах уже впроваджені методи оцінки екологічно чистого і усталеного розвитку середовища проживання та його будівництва, які включають критерії енергоефективності будівель, так звані зелені стандарти. Діють національні рейтингові системи оцінки "зелених" будівель. Розроблені, впроваджені і діють концепції "зеленого" будівництва, "зеленої" будівлі, пасивної будівлі та активної будівлі. Їх регулюють посібник з енергетичного та екологічного проектування "зелених" будівель (LEED, США); метод екологічної експертизи (BREEAM, Великобританія); сертифікат стійкого будівництва (German Sustainable Building Certificate, Німеччина); стандарт СТО НОСТРОЙ 2.35.4-2011 "Зелене будівництво", рейтингова система оцінки усталеності середовища проживання (РФ).
У всіх вищезгаданих випадках йдеться про будівлі житлові, громадські та інші, в яких перебуває людина.
Концепція автономної енергоефективної будівлі (Passive house)
Пасивний будинок, енергозберігаючий будинок або екобудинок (нім. Passivhaus, англ. passivehouse) - будівля, основною особливістю якої є відсутність необхідності опалення або мале енергоспоживання: у середньому близько 10% від питомої енергії на одиницю об'єму, яку споживає більшість сучасних будівель. Вартість будівництва енергозберігаючого (пасивного) житла в ЄС на 8–10% вища за середні показники для звичайної будівлі (Вікіпедія).
Концепція Passive house ("Пасивного будинку") становить собою комплексний системний підхід до економічного, екологічно чистого "зеленого" і енергозберігаючого будівництва будівель різного призначення. При цьому стандарти пасивного будинку не універсальні, у багатьох країнах діють власні вимоги і стандарти.
Основні положення концепції Passive house:
1. Головне завдання при зведенні енергоефективної будівлі - забезпечити мінімальне споживання теплової та електричної енергії з нормою річного енергоспоживання менш як 15 кВт∙год/м2. А також забезпечити одночасно підвищення комфортності умов проживання та економію енергетичних ресурсів. Для цього необхідно забезпечити для захисних конструкцій коефіцієнт опору теплопередачі не менш як 10 м2 К/Вт (стандарт ЄС). Зазначений рівень енергоспоживання - менше 15 кВт∙год/(м2∙рік) - у Європі реалізовується в регіонах з кількістю градусо-діб опалювального періоду (ГДОП), меншою за 3400.
2. Нормативи з питомого споживання первинної енергії для житлових будівель визначають енерговитрати на гаряче водопостачання (ГВП), що дорівнюють 12,5 кВт∙год/(м2∙рік). (Питоме розрахункове споживання системи ГВП при 50 л/добу на одну людину - близько 2,2 кВт год/люд. на добу.)
3. Зведення до мінімуму кількості теплової провідності наявних у конструкції теплових мостів.
4. Підвищення до максимального технічно можливого рівня термічного опору світлопрозорих огороджувальних конструкцій (вікон).
5. Забезпечення необхідної повітрощільності конструкції будівлі щодо припливу зовнішнього повітря.
6. Створення системи примусової вентиляції для подачі свіжого повітря, видалення відпрацьованого повітря, розподілу тепла в приміщенні та організація регенерації тепла вентиляційного повітря.
7. Рекуперація тепла відпрацьованого повітря - рівень рекуперації тепла понад 75%.
8. Раціональне водокористування і використання атмосферних опадів.
9. Високоефективні установки економії електроенергії для використання в господарських цілях. Побутова техніка з низьким споживанням електроенергії.
10. Мінімізація експлуатаційних витрат і ресурсів, забезпечення максимальної ремонтопридатності інженерних систем, конструкцій і пристроїв.
11. Для одержання електричної енергії використовувати тільки відновлювані ресурси.
12. Для одержання теплової енергії та підігріву води максимально використовувати енергію сонця (сонячні колектори і теплові насоси).
13. Для збереження теплової енергії використовувати накопичувачі - теплові акумулятори з тижневим або місячним ресурсом та основний сезонний накопичувач теплової енергії.
14. В архітектурному проекті будинку необхідно максимально використати компактність форми будови, урахувати елементи сонячного дизайну, можливий вплив вітру тощо.
15. Конструкції Passive house передбачають використання екологічно коректних матеріалів з мінімальними витратами на їх виробництво, доставку та утилізацію, в основному традиційних - дерева, каменю, цегли, бетону, скла.
16. Динамічне керування всіма технічними пристроями і системами - система "розумний будинок" (intelligent building).
Європейський парламент і Рада Європейського Союзу розробили для країн, які входять до ЄС, ряд законів (директив), призначених для стандартизації будівельних нормативів щодо підвищення енергоефективності будівель. Як критерій, що характеризує енергетичну ефективність будівель, більшість країн використовують витрати первинної енергії, що виражається, як правило, у кіловат-годинах на квадратний метр на рік.
Відповідно до закону (вимог), енергоефективність будівлі - це фактично спожита або розрахована кількість енергії, призначеної для різних потреб, які пов'язані зі звичайним використанням будівлі, включаючи, серед іншого, опалення, нагрівання гарячої води, охолодження, вентиляцію, освітлення й енергоспоживання побутовими електроприладами.
Нова Директива EPBD, так само, як і чинна Директива EPBD 2002/91/ЄС, зберігає підхід до будівель як до єдиної енергетичної системи.
У ряді європейських країн (Данії, Німеччині, Фінляндії та ін.) розроблено спеціальні цільові державні програми з приведення всіх об'єктів регулярної забудови до умовно-пасивного рівня (будинку ультранизького споживання - до 30 кВт·год/м2∙рік).
Економічна ефективність теплозахисту огороджувальної конструкції і теплоізоляційних матеріалів
На сучасному етапі розвитку економіки і при зростанні значущості енергоресурсів саме теплозахисні властивості огороджувальних конструкцій будівель виходять на перший план при визначенні поняття їхньої якості.
Сучасна економічна теорія формулює показник економічної ефективності як відношення показника рівня якості до величини витрат, необхідних для досягнення цього рівня.
Для всіх типів огороджувальних конструкцій показником рівня якості може служити їхній приведений опір теплопередачі. Крім того, враховуючи довговічність конструкції як складову їхньої якості, необхідно вбрати до уваги часовий параметр, а саме - термін служби конструкції та теплоізоляційних матеріалів за умови збереження її параметрів на постійному заданому рівні. Що вище опір теплопередачі та що довше він зберігається на постійному рівні, то більше енергії може бути зекономлено на опаленні будівлі.
Виходячи з такого визначення показника якості, загальні витрати на огороджувальну конструкцію за період її життєвого циклу складатимуться з витрат на її проектування та зведення - одноразових капітальних витрат, а також з експлуатаційних витрат на підтримку заданого рівня якості.
Використовуючи такий критерій, не можна визначити величину економічного ефекту від енергозбереження або строк окупності огороджувальної конструкції. Але при директивно заданому рівні теплозахисних властивостей пасивної будівлі можна порівнювати ефективність того чи іншого конструктивного рішення та застосованих теплоізоляційних матеріалів.
Адаптація України до норм ЄС у житловому будівництві
Тренди розвитку всесвітнього господарства та середовища проживання людини формують нову парадигму енергетичного та технологічного укладу ХХI століття, а також нову парадигму профілю бажаної якості будівлі та середовища проживання людини. Особливе місце посідають енергоспоживання та енергозабезпечення пасивних будівель.
Первинні енергоносії у звичному для нас вигляді через сто років, найшвидше, використовуватися не будуть через їхню дорожнечу або повну чи часткову відсутність, або ж будуть представлені лише в музеях.
Директиви ЄС EPBD декларують курс на нульову енерговитратність усіх будівель, зведених після 31 грудня 2019 р. Необхідна для будівель енергія має покриватися з відновлюваних джерел енергії. Виконання вимог директив ЄС EPBD забезпечити мінімальне споживання теплової та електричної енергії з нормою річного енергоспоживання менш як 15 кВт∙год/(м2∙рік) потребуватиме: від розробників - вибору нових технологій, нових конструктивних рішень, обладнання та матеріалів; від виробників - перегляду підходу до виробництва конструкцій, обладнання та комплектуючих; від споживачів - збільшення первинних витрат. Про це далі - у телеграфному стилі.
Житлові будівлі XXI століття в Україні мають забезпечувати якість життя на рівні стандартів передових країн світу. Ці стандарти мають бути адаптовані з урахуванням кліматичних умов і особливостей України та забезпечення конкурентоспроможності житлового фонду країни. Основними критеріями економічної ефективності будівель, як ми вже зазначали вище, є витрати періоду життєвого циклу будівлі принаймні 100–200 років.
Клімат України суттєво різниться, наприклад, від "суворого скандинавського" або ж більш теплого на півдні Європи. Середня температура опалювального періоду приблизно на десять градусів, а температура найхолоднішої доби - на 17–22 градусів нижча, ніж у зоні дії стандартів пасивної будівлі в ЄС. І щоб забезпечити енергоспоживання будівлі на рівні не вище 15 кВт∙год/(м2∙рік), приведений опір теплопередачі та товщина теплоізоляції мають бути більшими, ніж передбачено стандартами ЄС, - на рівні близько 15 м2∙К/Вт (у ЄС - 10 м2∙K/Вт).
Зовнішні недеградуючі огороджувальні конструкції - утеплювач піноскло (не менш як 200 мм), внутрішній утеплювач - пінобетон (не менш як 400–500 мм із урахуванням кліматичних зон).
Для забезпечення підвищення до максимального технічно можливого рівня термічного опору світлопрозорих огороджувальних конструкцій (вікон) їх опір теплопередачі має бути доведений до 3,0–3,5 м2∙К/Вт.
Віконна коробка - дерев'яна, завширшки не менш як 205 мм. Зовнішні та внутрішні теплозахисні жалюзі. Склопакети у дві нитки.
Зовнішній енергозберігаючий склопакет двокамерний 44 мм, внутрішній енергозберігаючий склопакет трикамерний 64 мм.
Система динамічної адаптивної кліматизації має надавати людям гарантовано безпечні за санітарними і мікробіологічними вимогами і нормами, здорові та комфортні умови для життя й роботи. А також забезпечувати дотримання ряду спеціальних вимог із захисту людини від впливу чинників, пов'язаних з екологічними катастрофами та загрозами застосування біологічної зброї та інших агентів, що переносяться повітрям.
Фізіологічно оптимальний і технологічно обґрунтований обсяг зовнішнього повітря, що подається системою витісняючої вентиляції на квадратний метр (при відсутності в приміщенні людей), становить 1,1 м3 на годину + 10 л/с, або 36 м3 на годину, на кожну людину в приміщенні, у якому вона перебуває.
Система динамічної адаптивної кліматизації повинна мати вбудовану систему центрального пиловидалення зі спеціальним сепаратором і комплексом пристроїів для очищення та бактерицидного знезараження приміщень і повітроводу.
Для забезпечення та підтримки комфортного мікроклімату в приміщеннях будівлі та оптимізації споживання енергії необхідне інтегроване функціональне, технологічне й технічне об'єднання системи кліматизації з системою витісняючої вентиляції та системою променистого інфрачервоного опалення з покімнатним регулюванням температури та повітрообміну. Це забезпечить скорочення споживання енергії на 60–70% порівняно з існуючими системами опалення та кліматизації за істотного підвищення безпеки та якості мікроклімату.
Також необхідні забезпечення якісною питною водою, економія водних ресурсів і раціональне водокористування з обов'язковим використанням атмосферних опадів і рекомбінацією водоспоживання та водовідведення.
У будівлі мають використовуватися тільки екологічно коректні матеріали, з мінімальними витратами на їхнє виробництво та придатні до наступної рециклізації (переробки та повторного використання).
Усі види побутових та інших відходів мають піддаватися комплексній безвідходній рециклізації та переробці.
В енергозабезпеченні - лише відновлювані ресурси, максимально використовувати альтернативні енергоджерела. Для збереження теплової енергії використовувати накопичувачі - теплові акумулятори: технологічні - з добовим, тижневим чи місячним ресурсом, основні - сезонні накопичувачі теплової енергії. Передбачати рекомбінацію (поділ за пріоритетними категоріями енергоспоживання) систем енергозабезпечення в будівлі.
"Пасивний будинок" має бути автономною незалежною енергосистемою, яка взагалі не потребує витрат на підтримку комфортної температури та енергозабезпечення від зовнішніх неальтернативних джерел енергії.
Система розумного керування будинком має бути надійною, простою, з оптимальною функціональністю та повністю виключати невизначеності адаптивної динамічної поведінки всіх інженерних систем і будівлі загалом.
Складно, мабуть, але хто сказав, що світ влаштований просто або стане простішим?