В соответствии с принятыми нормативными и директивными документами начиная с 2015 г. в республике жилье будет строиться и вводиться в энергосберегающем исполнении. Подразумевается, что конструктивное решение оболочки здания и его инженерное оборудование (в первую очередь вентиляция) должны гарантировать не более 40 кВт-ч/м2 теплопотерь в год в многоэтажном и 90 кВт-ч/м2 в год в малоэтажном (индивидуальном) жилье.
Энергоэффективные жилые дома, преимущественно многоэтажные, есть во всех областных центрах республики, и показатели этих объектов превосходят действующий норматив термического сопротивления ограждающих конструкций (К = 3,2 м2-°С/Вт). К примеру, наружные стеновые панели первого и последнего этажей, а также все торцевые панели крайних секций, пол первого этажа и покрытие первого экспериментального жилого дома в районе Каменная Горка Минска имеют термическое сопротивление до 6 единиц. Этот дом построен в КПД-варианте, другие возводились в монолитном каркасе с наружными стенами из ячеистого бетона, иногда с поперечными кирпичными несущими стенами.
Экспериментальный проект, выполненный в Минске, его тиражирование в областных центрах с применением различных местных конструктивных решений и материалов обогатили опыт идеолога энергосберегающего строительства в республике «Институт жилища - НИПТИС им. Атаева С.С.», позволили выработать и изложить рекомендации по конструированию теплового контура многоэтажного жилого энергосберегающего здания. Результатами работы заинтересовались коллеги из Казахстана, идет активная работа по передаче знаний члену Таможенного союза - России.
Несколько хуже обстоят дела с индивидуальными малоэтажными жилыми домами. Их доля должна весомо увеличиться, а вот стройной методики осуществления индивидуального энергосберегающего жилищного строительства в республике пока нет.
Зарубежный и отечественный опыт и накопленные знания подсказывают, что в осуществлении энергоэффективного строительства надо двигаться по пути сокращения теплопотерь здания, эффективного использования в нем энергии и эффективного производства энергии. Выполнение первого условия обязательно, без него последующие усилия бессмысленны.
Сокращение теплопотерь зданияМинимально затратными являются архитектурно-пространственные решения, направленные на использование возобновляемых источников энергии (ВИЭ) и уменьшение площади охлаждения здания.
Очень важны, особенно для индивидуальных жилых домов, ориентация здания по сторонам света, учет розы ветров и обусловленная этим внутренняя планировка квартиры. Классическим стало размещение на южной стороне общих комнат, а хозяйственных помещений - на северной. В кладовых, отопительных и иных технических помещениях требования к тепловому комфорту ниже, да и потребность в естественном освещении тоже.
Для контроля охлаждаемой площади здания служит коэффициент компактности здания. Он определяется как отношение площади наружных ограждающих конструкций к внутреннему объему здания. Идеальной геометрической фигурой является шар, приемлемой в строительстве - куб, желательно с плоской или слегка скошенной крышей. Значение коэффициента должно быть минимальным. Это понятно: меньше наружных стен - меньше теплопотерь через них. Многоквартирные и многоэтажные жилые дома здесь вне конкуренции, у них достаточно внутренних смежных, а потому теплых стен.
В многоэтажном жилищном строительстве компактность может повышаться уширением корпуса здания. Однако двигаться по этому пути надо весьма осмотрительно, потому что увеличение корпуса сопровождается ухудшением условий естественного освещения внутренних помещений, а это усиливает необходимость потребления электрического освещения. Выход есть: использование внутри этажа технических помещений, не нуждающихся в дневном освещении, или применение солнечных световодов.
Своеобразным открытием для меня, усвоившего уважительное отношение к ячеистому бетону - экологичному и очень теплому стеновому материалу, стало определенное безразличие европейцев к теплотехническим показателям стеновых материалов. Применяются традиционные стеновые строительные материалы, в качестве несъемной опалубки используется сомнительный для нас пенополистирол (пенопласт).
Причина, видимо, кроется в том, что ни один из стеновых материалов в моноисполнении не обеспечивает нормативного термического сопротивления теплопередачи и без утеплителя не применяется. А толщина слоя утеплителя европейцев не смущает.
В многоэтажном строительстве используются и тяжелые бетоны, но их применение ограничивают европейские нормативы. Основной компонент бетона/железобетона - цемент - крайне энергозатратен. К тому же в процессе производства 1 т цемента в атмосферу выбрасывается примерно такое же количество углекислого газа. А против этого направлены решения Киотского протокола и ряд вытекающих из него европейских нормативных актов.
Преобладающим видом массового жилищного строительства в Европе является индивидуальное, малоэтажное. Предпочтение отдается быстровозводимым деревянным каркасным (каркасно-панельным) системам. Дерево - возобновляемый ресурс, и на изготовление конструкций из него затрачивается в 5 раз меньше энергии, чем на бетонные/железобетонные.
В Европе появились первые прототипы «домов будущего». Это высотные гибридные конструкции, в которых железобетон выполняет несущие функции, а деревянные конструкции - ограждающие. Разработаны и активно продвигаются слоистые железобетоннодеревянные конструкции перекрытий, дерево в которых служит потолком, а железобетон - полом. Заодно решаются акустические трудности.
Конструирование наружного контура здания ведется самым тщательным образом. Признанным авторитетом в энергосбережении - Институтом пассивного дома (Дармштадт, Германия) разработано и широко применяется специальное программное обеспечение, позволяющее не только конструировать, но и оценивать проектное решение по будущим теплопотерям. Не рекомендуется устройство консольных, выступающих конструкций, создающих мостики убегающего тепла. Балконы, лоджии и даже маркизы имеют собственные опорные конструкции, которые примыкают к стенам здания через теплоизоляционные прокладки (терморазъемы).
Из общего объема здания выводятся гаражи, которые визуально связаны с жилым объемом подпорными стенками, конструкциями для вьющихся растений или навесами. Большое внимание уделяется примыканию и герметизации конструкций (окна/стены, стены/ двери и т.п.), вводов и выводов коммуникаций, электрических розеток.
Весьма существенно размещение по фасаду окон и дверей. Термическое сопротивление этих конструкций многократно ниже таких же показателей стен. На первый взгляд они являются своеобразными тепловыми дырами. С позиций снижения теплопотерь их бы не устанавливать. Но есть санитарно-гигиенические нормативы по инсоляции, естественному освещению внутренних помещений. Существует эстетика общения с природой, значение которой возрастает в условиях высокой урбанизации территорий. Нельзя без окон, да и без дверей не обойтись.
По-иному предлагает посмотреть на окно, которое является не только ограждающей, но и светопрозрачной конструкцией, фирма «Велюкс» (Дания). Она ввела в обиход понятие «энергетический баланс окна» и предлагает соизмерять тепловые потери окна с его способностью к аккумулированию, накоплению солнечной энергии. Специалисты «Велюкс» утверждают, что грамотное размещение окон по сторонам света позволяет ввести внутрь максимум солнечной энергии. Существуют даже технические решения по устройству внутри помещений в пятнах падающих солнечных лучей накопителей тепла, способных отдать его в ночное или холодное время суток.
Фирмой разработано мощное программное обеспечение (визуализатор дневного света), позволяющее рационально разместить по контуру здания оконные проемы, рассчитать их площадь, чтобы повысить коэффициент естественного освещения внутренних помещений и уменьшить период пользования электрическим, следовательно, энергозатратным освещением.
Кроме совершенствования привычных элементов окна (профили, стекло, камера, наполнение камеры) фирма предлагает активнее использовать механические элементы. По ее расчетам рольставни позволяют на 15% снизить теплопотери зимой и практически исключить перегрев помещений летом. Дешевле в применении, но достаточно эффективны разнообразные встроенные шторки. Рольставни снаружи или шторки внутри стеклопакета позволяют повысить термическое сопротивление окна, равное 1,0 м2-°С/Вт, в полтора раза.
Проводимая этой и другими фирмами работа дает возможность опровергнуть расхожее мнение о том, что пассивный дом и стеклянные стены несовместимы. В Вене (Австрия) введено в эксплуатацию 20-этажное здание Raiffeisen-Holding Group, которое стало первым в мире высотным зданием, сертифицированным по международному стандарту пассивного дома.
Апофеозом всех мероприятий по уменьшению теплопотерь оболочкой здания является проведение теста на герметичность. В ходе выполнения теста внутри объема здания последовательно создается избыточное давление воздуха, затем разрежение. Проверяется соответствие новостройки нормативным требованиям по удержанию внутреннего давления. Приемлемым считается потеря менее 0,6 внутреннего избыточного объема воздуха в час.
По признанию коллег из Национальной ассоциации развития пассивных домов (Литва), специалистов «Сен- Гобен СНГ» (Россия), тест является чрезвычайно трудным, требует грамотного выполнения работ, современных материалов, обученных и ответственных рабочих.
Как правило, после изучения конструктивного решения, тепловизион- ного обследования и теста на герметичность владельцу здания выдается сертификат энергетической эффективности, в котором приведен ряд показателей, позволяющих отнести сдаваемый объект к определенному классу энергоэффективности. Сертификация является обязательной, да и сами домовладельцы не избегают ее проведения, так как сертификат существенно влияет на стоимость новостройки на рынке жилья.
К теплопотерям менее 15 кВт-ч/м2 в год (стандарт пассивного дома) европейцы не стремятся, ибо затраты на их дальнейшее снижение могут быть экономически неоправданными. Известны случаи, когда содержание домашних животных и необходимость частого открывания входной двери для их выгуливания не позволяли минимизировать потери тепла домом.
В Австрии, к примеру, потребность в отоплении планируется уменьшить с 54 кВт-ч/м2 в 2014 г. до 30 кВт-ч/м2 в год в 2020 г. Проблема может быть решена утеплением здания или установкой в нем энергогенерирующего оборудования, использующего возобновляемые источники энергии (солнце, ветер, тепло грунта, биогаз и т.п.).
Эффективное использование энергииЭффективное использование энергии обеспечивается в первую очередь высоким КПД установленных в здании энергопотребляющих устройств и оборудования.
Создание теплового контура, уплотнение стыков конструкций приводят к тому, что естественная система вентиляции без притока свежего воздуха становится непригодной. Для обеспечения нормативного воздухообмена, высокого качества воздуха (температура, влажность, содержание СО2 и др.) в таких сооружениях устраивается система принудительной вентиляции воздуха с рекуперацией тепла. Именно рекуперация тепла отработанного воздуха гарантирует высокое КПД систем, по разным источникам информации - до 90%.
Существует множество модификаций систем вентиляции с рекуперацией, но наиболее перспективными из них признаются те, которые отличаются низким уровнем шума и низким потреблением электроэнергии. Летом в помощь им может работать управляемая естественная вентиляция, зимой приточный воздух может подогреваться в воздуховодах-теплообменниках, заложенных ниже глубины промерзания грунта.
В полосе умеренного климата без отопления и горячего водоснабжения не может обойтись ни одно жилище. В качестве агрегатов, способных обеспечить эти потребности, европейские директивы рекомендуют тепловые насосы, которые не загрязняют воздух в местах их установки, на 25-50% уменьшают потребление топлива и в 1,5 раза уменьшают эксплуатационные расходы на теплоснабжение. Соединенные с теплообменниками (грунтовыми, водными, воздушными), они способны нагревать теплоноситель в холодное время года и охлаждать в жаркое. Использование поквартирной системы отопления/охлаждения предоставляет хозяевам квартир дополнительные возможности экономии тепла в зависимости от режима использования квартир. Тепловые насосы рекомендуется агрегировать с вертикальными зондами, геотермальными коллекторами, спиральными зондами или энергетическими сваями. Пока системы отопления/охлаждения и горячего водоснабжения в республике достаточно дорогие, но с выходом на массовое производство их стоимость существенно снизится. На выходе у тепловых насосов температура теплоносителя не превышает 60 °С, потому для отопления в паре с насосами используются системы «теплый пол» («холодный потолок»).
В стране ведутся их лицензионная сборка и установка, осуществляется мониторинг их работы. Опытная эксплуатация систем отопления на тепловых насосах показывает их высокую надежность и свидетельствует о том, что единица собственного тепла предприятию обходится в 3 раза дешевле, чем его закупка из традиционных теплосетей.
В помощь тепловым насосам в системах горячего водоснабжения могут устанавливаться солнечные коллекторы. Работают они с использованием возобновляемого источника энергии (солнца) и весьма экономичны. Потребителем энергии в них являются только циркуляционные насосы, мощность которых редко превышает 100 Вт. В условиях Беларуси один коллектор может подогреть 50 л воды до 35 °С за один час в солнечный день. Конструкции солнечных коллекторов весьма разнообразны: есть раздельные; агрегированные с баком-накопителем; с водой, незамерзающей жидкостью и т.п. Важно преодолеть предубеждение в том, что в условиях Беларуси использование солнечных коллекторов неэффективно. Немецкие специалисты утверждают, что 90% территории нашей республики находится в зоне целесообразного использования солнечной энергии, в то время как в Германии эта зона не превышает 30%.
Определенный резерв энергопотребления кроется в замене источников освещения (лампы накаливания - флуоресцентные - светодиодные - индукционные лампы), телевизоров с электронно-лучевой трубкой на жидкокристаллические, использовании бытовой техники класса А по энергопотреблению. Однако европейские специалисты подсчитали, что даже при радикальном сокращении теплопотерь и самой жесткой экономии электроэнергии для приведения в действие электроприборов и агрегатов (вентиляция, тепловой насос, освещение, бытовая техника) потребуется около 190-160 кВт-ч/м2 в год первичной электроэнергии. И потому переход на стандарт нулевого потребления энергии после 2020 г. невозможен без установки энергогенерирующего оборудования.
Эффективное производство энергииКроме упоминавшихся солнечных коллекторов, использующих возобновляемую энергию солнца, распространенными являются фотогальванические батареи, PVC-батареи, или фотовольтаика, как принято их называть в Европе. Широкому применению этого источника энергии способствовали создание больших единичных производственных мощностей в Китае, повышение КПД батарей и решение проблемы накопления этой энергии в государственных энергосетях. В Германии существует программа преференций тем, кто устанавливает фотовольтаику площадью более 16 м2. Последняя жилищная выставка в Хювинкяа (Финляндия) в 2013 г. показала (вилла «Изовер»), что 80 м2 аккумулирующей площади фотовольтаики достаточно для выхода здания на плюсовой энергобаланс.
В резерве энергогенерирующих мощностей находятся ветроустановки. Страны Бенилюкса и Дании используют их в промышленных масштабах. После отказа от развития ядерных электростанций высокие темпы набирает ветроэнергетика в Германии.
В индивидуальном жилищном строительстве используются ветрогенераторы малой мощности так называемого «яхтенного» типа. Их можно увидеть на дорогах в Беларуси. Применяются они для подзарядки аккумуляторов отдельно стоящих светофоров и освещения дорожных знаков. Более перспективными являются ветроустановки геликоидного типа, которые способны работать на горизонтальных и восходящих потоках воздуха. Их производство может быть налажено в Беларуси или по белорусским патентам.
Оба вида энергогенерирующего оборудования зависят от погодных условий и отличаются нестабильностью параметров производимого электричества. Однако проблема для крупных полей фотовольтаики и крупных шельфовых ветропарков уже решена, будет она решена и для малых установок.
Еврокоды нацеливают проектировщиков на преимущественное использование возобновляемых источников энергии, в первую очередь геотермальных (тепловой насос и грунтовые теплообменники), гелиотермальных (фотогальванические панели и солнечный коллектор) и энергии ветра (ветроустановки). Эксперты утверждают, что ветроустановка геликоидного типа способна компенсировать 60% первичной электроэнергии, фотовольтаика (PVC-панели) - еще 40%, а солнечный коллектор в системе горячего водоснабжения - получить желанный бонус в 40-60% и перевести здание в класс «энергия-плюс».
Для оценки эффективности выполненной работы по сокращению теплопотерь здания, эффективного использования в нем энергии и эффективного ее производства европейская ассоциация «Активный дом» предлагает использовать три основных критерия:
- комфортное проживание (здоровый образ жизни);
- энергия (энергетический баланс здания - суммарное количество вырабатываемой и потребляемой домом энергии в конечном итоге должно составить положительный энергобаланс);
- окружающая среда (эффект воздействия здания на окружающую среду должен быть минимальным).
В понятие «комфортное проживание» входят дневной свет, комфортная температура, качество воздуха внутри помещения.
Под определением «энергия» понимаются: энергопотребление, необходимое для функционирования здания; энергия, вырабатываемая зданием из возобновляемых источников; энергетические характеристики «поведения» здания.
Понятие «окружающая среда» включает в себя жизненный цикл строительных материалов, снабжение водой и соответствие понятию «устойчивое развитие», т.е. то, насколько материалы экологически чисты и соответствуют различным сертификатам.
Количественно и графически это отображается Радаром активного дома, который подобно сертификату пассивного дома служит комплексной характеристикой активного здания.
Проектирование - комплексная задачаСопровождая экспериментальное проектирование и строительство первого в Беларуси мультикомфортного дома (спонсоры - ИООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Белрус» и партнеры), могу утверждать, что проектирование такого высокотехнологичного объекта является сложной комплексной задачей. Справиться с ней, по моей оценке, в состоянии сегодня лишь творческая мастерская архитектора А. Кучерявого (Минск), выполнившая проект энергосбережения мультикомфортного дома в Дзержинске при методической поддержке европейских грандов. Но планы нового энергосберегающего строительства столь велики, что мощности одной мастерской будет недостаточно. Нужны подготовленные кадры.
Руку помощи может протянуть Национальная ассоциация развития пассивных домов Литвы, которая имеет учебные курсы, сертифицированные Институтом пассивного дома (Дармштадт, Германия). Первая группа специалистов может быть подготовлена там.
Секреты энергосберегающего проектирования готов приоткрыть и концерн «Сен-Гобен» (Франция). По заявлению Г. Голумбеню (архитектор, разработчик строительных концепций Saint-Gobain Insulation), концерном для условий умеренного климата подготовлены 4 проекта энергосберегающих жилых домов. Каждый из них содержит инженерное описание 150 узлов и деталей и пригоден для многократного использования в строительстве. Проектно-сметная документация выставлена в открытом доступе на сайте концерна.
Существует международная ассоциация «Пассивный дом». В ее рамках происходит взаимодействие между различными структурами и организациями, которые вовлечены в строительство пассивных домов во всех странах мира. Кроме того, ассоциация служит цели распространения накопленной информации и предоставления ее заинтересованным лицам. Создана и выставлена в интернете Энциклопедия строительства пассивных домов (Пассипедия). Она представляет собой сборник решений, технологий и различных методик, которые могут понадобиться в процессе строительства пассивных зданий. Пассипедия может послужить неплохим подспорьем для белорусских проектировщиков.
Стартовые условия хорошие. Учителя есть, аудиторию наполнить надо.
Просветительскую деятельность не намерено сворачивать ИООО «Сен-Гобен Строительная Продукция Бел-рус». В его планах передача проекта первого мультикомфортного жилого дома в Республиканский фонд типовых и повторно применяемых проектов, издание массовым тиражом популярной брошюры о том, как построить мультикомфортный энергосберегающий жилой дом, проведение череды обучающих семинаров и т.п.
Но энергосбережение - дело государственное, без участия в нем Министерства архитектуры и строительства, других органов государственного управления не обойтись.
От автораПри написании статьи использовались доклады конференций 2010-2013 гг. «Энергосбережение в жилищном строительстве. Мультикомфортный дом - строительные технологии XXI века», 4-й Международной конференции «Энергосбережение и повышение эффективности. Энергоэффективность в жилом секторе: актуальные направления и практический опыт» (Минск, 2013 г.), информационные материалы выставки индивидуальных жилых домов «Голубая лагуна» (Вена, Австрия, 2012 г.) и Жилищной выставки в Хювинкяа (Финляндия, 2013 г.).