Отчеты о жизни в пассивном доме
Солнце, ветер и земля
За последние сто лет наш мир претерпел трансформацию в углеводородное, а именно нефтяное общество. Нефть можно назвать не только «жизненной эссенцией планеты», извлекаемой нами усилиями, аналогичными работе таежного гнуса, который прикладывает усилия, засасывая пищу стальными хоботками из глубин Земли. Если мы говорим о пассивном доме, то это концепция, которая может изменить наш взгляд на архитектуру и строительство в будущем.
На сколько хватит запасов невозобновляемых природных источников энергии – нефти и газа? По этому поводу существуют различные прогнозы. Кто предрекает углеводородный дефицит через 50 лет, а кто – через 15. Оптимисты уверяют, что пока не все месторождения открыты и освоены, а пессимисты указывают на то, что запасы углеводородов в любом случае конечны, и энергетическая катастрофа так или иначе неизбежна, не через полвека, так через век. Реалисты же тем временем занимаются разработкой альтернативных источников энергии, которые могут ослабить охвативший человечество синдром углеводородной зависимости.
Обидно, если история всей нашей цивилизации сведется к химическому процессу окисления углеводородов и переносу углерода из земных недр в атмосферу. Глобальное потепление (или новый ледниковый период?), прорехи в озоновом слое – это не уже не сюжет произведений писателей-фантастов, а реальность… Уже пройдена точка возврата по концентрации CO2 в атмосфере, процесс приобрел необратимый характер.
Конечно, жидкое топливо, хотя и дурно пахнет, удобно и привычно. Но его монополия – не единственно возможный вариант, просто так сложилось. Сейчас есть вполне состоятельные альтернативные решения даже для автомобильных двигателей, например использование «твердотельного» водорода, вследствие сгорания которого образуется всего лишь водяной пар, а не окись и закись углерода с целым букетом вреднейших примесей. Но дело в том, что новые технологии очень дороги. А дороги они потому, что не получают массового распространения. Массовый сектор прочно занят нефтепродуктами. Наблюдается знакомая ситуация «курицы и яйца».
Сейчас, на фоне набирающего мощь экономического кризиса, энергетические и экологические проблемы отходят на второй план. А ведь на самом деле они гораздо драматичнее, просто до критического положения дело еще не дошло (впрочем, энергетический кризис 70-х мы хорошо помним). Через несколько лет экономика выправится, и снова начнется ее рост. А вот с экологией и энергетикой будет только хуже. И это слабое утешение, что, как в анекдоте про спор оптимиста с пессимистом, пока что «хуже – есть куда»…
Представим себя на минуту космическими пришельцами, прилетевшими на Землю с планеты, где все по-другому. Наверное, нас весьма позабавил бы тот факт, что, буквально купаясь в энергии Солнца, ветра, приливов и геотермии, земляне, вместо того чтобы собирать, запасать и использовать эту чистую энергию, выкачивают с километровых глубин какую-то темную жидкость и жгут ее «по-черному», задыхаясь от выхлопа в километровых пробках городов. Что они засоряют планету радиоактивными отработками атомных электростанций, и что самый безобидный вид добычи энергии здесь – это перегораживание рек плотинами.
Между тем за несколько десятилетий, последовавших за энергетическим кризисом 70-х, сделано достаточно много для того, чтобы уменьшить потребление углеводородного топлива путем перехода на чистые источники энергии. Урок не прошел даром. И именно страны Европы, импортеры нефти и газа, по понятным причинам извлекли из него максимальную пользу. Экономия энергоносителей не просто стала следствием роста тарифов, но и вошла в культуру быта. Все популярнее становятся малолитражные автомобили, а в целом жидкое топливо по возможности вытесняется там, где проще всего найти ему замену. В первую очередь – в коммунальном хозяйстве, которое традиционно являлось достаточно энергоемким. Очень много энергии уходило на создание комфортных условий обитания: отопление, кондиционирование, освещение и пр. Технологический прогресс конца 20 века позволил встать на путь постепенного сокращения энергозатрат без ущерба для качества жизни. В Европе начали строить дома с низким потреблением энергии. Затем стремление к энергоэффективности и забота об экологии, проникнув в общественное сознание европейцев, оформились в целую идеологию энергоэффективности. На сегодня в странах Европы, особенно в Германии, построено множество т.н. пассивных домов, в наибольшей степени отвечающих данной идеологии. Это движение активно стимулируется государством, выделяющим солидные дотации застройщикам. Но и сами по себе пассивные дома, как показывает практика, вполне конкурентоспособны и затребованы на рынке, и их себестоимость не столь существенно возрастает по сравнению с обычными, чтобы можно было утверждать, что без гос-поддержки никто не стал бы их строить. Немаловажную роль играет и тот факт, что строительство пассивных домов (и целых поселков) считается этическим бизнесом, а их обитатели неизменно отмечают высокий уровень комфорта и ощутимую экономию средств на эксплуатационные и коммунальные расходы, особенно на фоне роста тарифов на энергоносители.
Что такое пассивный дом
Современное определение пассивного дома основывается на «Постановлении об энергосберегающей тепловой защите и энергосберегающим оборудовании зданий» (EnEV), которое входит в законодательство Германии и регулирует строительную отрасль. В свою очередь, данное постановление опирается на правовые основы закона об энергосбережении (EnEG). Первая редакция Постановления вступила в силу в 2002 году, вторая, отвечающая директивам ЕС, касающимся общей энергоэффективности – в 2004. В следующих редакциях Постановления, которые предполагается принять в 2009 и 2012 годах, предусмотрены дальнейшие сокращения энергопотребления (по 30%).
На текущий момент критериями пассивного дома являются следующие показатели:
- Удельный расход тепловой энергии на отопление не должен превышать 15 кВт.ч/(м2.год);
- Общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячее водоснабжение и электричество) не должно превышать 120 кВт.ч/(м2.год).
Приведя эти цифры, необходимо кое-что пояснить. Во-первых, что следует считать первичной энергией? Это – то количество энергии, которое дает природный источник: каменный уголь, газ, нефть, ядерное топливо и т.д. Первичную энергию следует отличать от конечной, которая доходит до потребителя с неизменными потерями в процессе преобразований и транспортировки (электричество, жидкое топливо, тепло, подающиеся по сетям централизованного электро- и теплоснабжения, трубопроводам и пр.). Наконец, существует понятие полезной энергии, которая меньше конечной энергии из-за того, что КПД никакого оборудования не достигает 100%.
Почему лимит энергии оговаривается отдельно для отопления, хотя и входит в общий лимит первичной энергии? Дело в том, что экономия тепловой энергии, получаемой за счет внешних ресурсов, достигается путем существенного снижения теплопотерь, что, в свою очередь, подразумевает специальные конструктивные и технологические приемы в проектировании и строительстве дома. Забегая вперед, скажем, что для таких стран, как та же Германия (отличающихся более или менее мягким климатом), традиционная система отопления, включающая радиаторы и трубы с горячей водой, в пассивном доме может быть исключена полностью. При этом если просто переложить нагрузку по поддержанию оптимальной температуры жилой зоны на электричество, никакой экономии не получится и расходы на электроэнергию превысят лимит, оговоренный во втором условии.
Теперь же попробуем оценить реальную экономию энергии в пассивном доме по сравнению с домами старого жилого фонда. Здания, построенные до 1980 года, расходуют на одно лишь отопление около 220 кВт.ч/(м2.год), а построенные после 1995 года – уже вдвое меньше. Такие здания принято назвать домами с низким энергопотреблением. Это еще не пассивные дома, а лишь некоторое промежуточное звено в эволюционной цепочке.
Тепловой баланс
Любое здание характеризуется количеством тепловой энергии, отдаваемой им во внешнюю среду. Чем больше разница между температурой воздуха в жилых помещениях и на улице, тем при прочих равных условиях больше тепла расходуется на «обогрев атмосферы» в холодный период года. В жаркое время происходит то же самое, только в обратном направлении: избыточное тепло всеми возможными путями стремится проникнуть в дом. Различают два вида теплопотерь: вентиляционные и трансмиссионные. Вентиляционные теплопотери сопутствуют воздухообмену внутреннего пространства дома с внешней средой. По санитарным нормам, потребность в приточном воздухе составляет 1 м3 / (чел..м2 жил. площади). Таким образом, в холодный период свежий воздух, поступающий из форточек или через вентиляционные ходы, приносит с собой холод, а выбрасываемый наружу – уносит тепло. Трансмиссионные теплопотери связаны с отличной от нуля теплопроводностью стен, перекрытий, фундамента, а также окон и прочих конструктивных элементов. Чтобы поддерживать в доме комфортную температуру воздуха (например, 21°С), необходимо компенсировать суммарные теплопотери. Следовательно, чтобы свести количество расходуемой энергии на компенсацию теплопотерь к минимуму, нужно предельно снизить значение самих теплопотерь.
До сих пор мы говорили о «расходной» части теплового баланса дома. А что мы имеем в плюсе? Традиционно это система отопления, централизованная или индивидуальная, а также дополнительные нагревательные электроприборы (на случай больших холодов или аварии в системе отопления) и кондиционеры. Однако это еще не все. Значительную роль в тепловом балансе дома играет также энергия солнечного излучения. А для пассивного дома учитываются также внутренние источники: работающая с выделением тепла бытовая техника (причем не только калориферы, но и те устройства, для которых тепло является побочным продуктом – компьютеры, аудио-видео техника и пр.) и даже сами обитатели дома (температура человеческого тела, равная 36.6°С, всегда выше комфортной температуры среды обитания). В отдельных случаях учитывается (и утилизируется) тепло, уносимое из дома со стоками. Ведь холодная вода в трубах и бачке (кстати, смыв представляет собой существенную статью расходов воды) успевает нагреваться, отбирая тепло из воздуха в доме.
Итак, в «тепловом уравнении» мы имеем целевую величину, которая в идеале должна быть константой – температуру 21°С (причем желательно с возможностью произвольного изменения ее в пределах нескольких градусов). А также несколько переменных, которые могут изменяться в довольно широких пределах. Одна из этих переменных определяется перепадом температур внутри дома и снаружи в соответствии с сезонными колебаниями (например, от -20°С до +40°С), на которые накладываются суточные колебания (день-ночь). Другая переменная отражает количество солнечной энергии, которое также характеризуется и сезонными, и суточными колебаниями, а еще сильно зависит от погодных условий (облачность). Наконец, в нашем распоряжении имеется еще один энергетический актив: относительно постоянная «глубинная энергия»: на глубине 1-2 м температура грунта стабильна в течение всего года. В европейской части нашего материка она составляет примерно +10°С. Заметим, что эта температура всегда ниже температуры комфорта (21°С), а по сравнению с температурой внешней среды она может быть как ниже (летом), так и выше (зимой). В то время как от Солнца мы получаем только тепло, но не холод, грунт может служить как средством обогрева (промежуточного), так и охлаждения.
Получается, что для поддержания стабильной комфортной температуры в жилых помещениях дома мы можем варьировать количеством утилизируемой солнечной энергии, использовать грунтовое тепло, а также перераспределять потоки теплого и охлажденного воздуха в системе вентиляции. Как показывает опыт строительства пассивных домов в европейских странах (причем не в одной Германии, но и в более южных и северных странах), задача эта вполне решаема, и даже при отсутствии системы отопления с радиаторами под окнами. От последней можно отказаться совсем или сохранить ее в качестве резервной (при наступлении экстремальных для данного климатического пояса холодов). Обогрев или охлаждение подаваемого в помещения воздуха осуществляется в рамках системы вентиляции, которая дополняется специальными конструктивными элементами. Но прежде всего необходимо свести к минимуму теплопотери.
Снижение теплопотерь
Пассивный дом должен обладать двумя свойствами, которые на первый взгляд противоречат друг другу. Его микроклимат должен сообщаться с внешней средой, обеспечивая требуемый в соответствии с санитарными нормами воздухообмен. При этом необходима максимально возможная теплоизоляция. То есть воздух должен проходить внутрь и наружу, а для тепловой энергии нужно воздвигнуть по возможности прочный барьер. Каким образом?
Трансмиссионные потери тепла минимизируются с помощью герметичной оболочки, состоящей не только из несущих конструкций (бетонные, деревянные, кирпичные стены и перекрытия), но и слоя теплоизоляции. Современные теплоизолирующие материалы представлены в значительном ассортименте и эффективно решают не только задачи снижения теплопотерь, но также пароизоляции, препятствуя скоплению конденсата и, как следствие, появлению плесени и грибков. Если традиционные материалы предполагают толщину слоя теплоизоляции порядка 40 см, то самые современные (например, пустотелые полиэтиленовые панели с вакуумным заполнением) позволяют существенно уменьшить суммарную толщину стен дома. Наряду со сверхэффективными материалами, гарантирующими минимальные потери тепла (например, пенополиуретан), существуют даже панели-термостаты.
Вообще говоря, изначально степень соответствия дома термину «пассивный» определяется двумя конструктивными факторами: во-первых, отношением площади поверхности «оболочки» к ограничиваемому ей объему, которое должно быть как можно меньше; во-вторых, «оболочка» должна быть предельно герметичной. Не следует, конечно, первое условие понимать слишком буквально: шарообразных домов никто не стоит, кроме архитекторов-авангардистов.
А по поводу второго условия имеются определенные расхождения. Традиционно считалось, что стены дома должны «дышать», пропуская воздух через поры в небольших количествах. Таким образом, мол, осуществляется естественная вентиляция. Однако пользы от этого, утверждают оппоненты, меньше, чем вреда: во-первых, интенсивность воздухообмена находится в сильной зависимости от силы и направления ветра, а, во-вторых, вместе с воздухом уходит тепло, возможно образования конденсата и пр. Интенсивность вентиляции должна быть полностью управляемой и не зависеть от случайных факторов. Тем не менее, в различных случаях и тот, и другой подходы могут оказаться уместными. В частности, такой природный материал, как блоки из прессованной соломы, из которых строятся пассивные дома в некоторых регионах нашей Средней полосы, находит применение в силу своей экологичности и скромной цены.
Однако вернемся к борьбе с теплопотерями. Трансмиссионные теплопотери, как уже было сказано, сводятся к минимуму с помощью теплонепроницаемой герметичной оболочки. Но реализовать полностью однородную оболочку практически невозможно. И ее слабым местом являются двери и окна, а также конструктивные и технологические «проколы» (в местах стыков, крепежа и пр.). Поэтому в пассивных домах предъявляются особые требования к этим конструктивным элементам, особенно к окнам. В современных оконных профилях, рекомендованных для установки в пассивных домах, предусмотрены специальные способы уменьшения переноса тепла с металлической окантовки на стекла, заполнение промежутков между стеклами (камер) аргоном или иным инертным газом, а также специальный крепеж оконных рам к стенам. Большую роль играет также степень заглубления стекол в раму и крепление пакета не в плоскости несущей стены, а с определенным смещением в область слоя термоизоляции. Стыки в местах креплений должны выполняться с использованием специальных герметичных теплоизолирующих прокладок.
Однако окна – не единственное слабое место в защитной оболочке дома. В силу архитектурных и конструктивных особенностей конкретного здания, а также технологических погрешностей, допущенных при его строительстве, возможно возникновение «тепловых мостиков» – локальных «туннелей», через которые осуществляется усиленный теплообмен с внешней средой. Например, пустоты и щели в стыках перекрытий, не заполненные теплоизолирующим материалом, стальные балки, поддерживающие балкон, недостаточно удачно подобранные и установленные окна – и многое другое – могут играть роль тепловых мостиков. Усилия проектировщиков пассивного дома направлены на то, чтобы свести роль тепловых мостиков к минимуму, а еще лучше – совсем не допустить их появления. В наше время это становится вполне возможным: во-первых, появляется все больше типовых конструктивных предложений для пассивных домов (например, бетонные панели со скошенными торцами, позволяющими исключить пустоты в стыках).
Если трансмиссионные потери достаточно эффективно сводятся к минимуму благодаря продуманным проектным решениям с последующей качественной их реализацией на стадии строительства, то борьба с вентиляционными потерями требует установки специальных устройств – рекуператоров. В простейшем случае рекуператор представляет собой теплообменник (например, перекрестноточный), в котором поступающий в дом и вытяжной потоки воздуха проходят по каналам с большой площадью тонких стенок, обладающих хорошей теплопроводностью. Таким способом удается вернуть в дом до 60% тепла. Еще больше тепла (до 80%) можно удержать в доме, если вместо одного рекуператора установить два. А если отдать предпочтение противоточному теплообменнику, в котором холодный и теплый потоки движутся строго навстречу друг другу, можно получить и 95% возвращенного в дом тепла.
Поскольку трансмиссионные потери напрямую связаны с системой вентиляции, о ней также необходимо сказать несколько слов. По сути, система вентиляции в пассивном доме превращается в систему воздушного отопления. Ее проектируют с учетом наличия устройств для рекуперации, обычно не предусматривая режим рециркуляции воздуха и предотвращая возможность образования конденсата в воздуховодах из-за перепадов температур. Охватываемое системой вентиляции пространство делится на три зоны: зону приточного воздуха (гостиные, спальни, детские, рабочие кабинеты), переходную область (коридоры, лестничные клетки) и зону вытяжного воздуха (влажные помещения, кухни, курительные и пр.).
Забираемый извне воздух может пропускаться через грунтовой теплообменник (при его наличии), предотвращающий поступление в систему вентиляции морозного воздуха с отрицательными температурами и осуществляющий предварительный нагрев. Летом, в жаркий период, такой теплообменник, напротив, служит эффективным средством охлаждения атмосферного воздуха. Также в приточной части системы вентиляции устанавливают различные фильтры грубой и тонкой очистки, а в вытяжной – сменные противожировые (после кухонного вытяжного зонтика).
Подаваемый в жилые помещения воздух обычно нуждается в доведении до температуры комфорта. Догрев его может осуществляться непосредственно в каналах вентиляционной системы электрическими калориферами или, что предпочтительнее, теплообменниками, заимствующими тепло у системы горячего водоснабжения (в которой всегда имеется достаточный для этих целей избыток энергии). Промежуточное положение по экономичности занимает метод догрева с помощью компактного теплового насоса с малым потреблением электроэнергии, испаритель которого устанавливается в канале удаляемого воздуха, а конденсатор – приточного, после рекуператора. Отметим, что существует и противоположное решение: нагрев воды с помощью теплового насоса, использующего тепло удаляемого воздуха с утилизацией латентного тепла конденсации водяного пара, содержащегося в удаляемом воздухе.
Солнечные коллекторы и аккумуляторы
Разобравшись с потерями тепла, перейдем к основному его источнику для пассивных домов – солнечной радиации. Энергии солнечного излучения оказывается в большинстве случаев достаточно для поддержания теплового баланса пассивного дома даже в северных регионах с большим количеством пасмурных дней в году.
Система солнечного отопления может быть пассивной или активной. В первом случае отсутствуют элементы принудительной циркуляции воздуха (канальные вентиляторы), делающие систему несколько более эффективной и гибкой. Основные элементы системы солнечного отопления – это солнечные коллектор и аккумулятор тепла. Они могут быть как совмещенными, так и раздельными. Например, в простейшем варианте системы прямого обогрева солнечные лучи через окна попадают внутрь помещений, нагревая стены и полы. Эффективнее такая система работает при наличии достаточно большого термального массива, роль которого могут выполнять такие элементы интерьера, как камины либо те же стены с открытой поверхностью, облицованной плиткой или камнем.
Однако прямой нагрев не слишком комфортен и чреват порчей мебельного покрытия и драпировочных тканей под воздействием прямых солнечных лучей, особенно ультрафиолета, небольшая часть которого проходит через оконное стекло.
Более совершенная система солнечного отопления строится на основе ориентированного на южную сторону вентилируемого фасада – стены Тромба-Мишеля. Это каменная, кирпичная или бетонная стена, выкрашенная в черный цвет и сопровожденная остеклением, отстоящим от нее на 0,6 м. Под действием солнечных лучей стена в дневное время активно нагревается и запасает в своей толще тепло, которое переизлучается в комнаты в темное время суток. Таким образом, данная конструкция совмещает в себе коллектор и аккумулятор тепла, а также выполняет функцию термостабилизации. Воздух, находящийся в пространстве между стеной и остеклением, также сильно нагревается, в связи с чем открываются возможности использования естественного конвекционного потока для вентиляции. В пассивных системах он может выбрасываться наружу через просвет в верхней части здания с регулируемой заслонкой («солнечная труба»). Образующаяся тяга всасывает свежий воздух извне. Воздух при этом может пропускаться через рекуператор (для обогрева) и/или через грунтовой теплообменник (для предварительного подогрева зимой и охлаждения летом). Правильно спроектированная система на основе стены Тромба-Мишеля способна обеспечить комфорт в доме при достаточно широком диапазоне суточных и сезонных колебаний температуры внешнего воздуха. К тому же, сама природа способствует саморегулированию системы. Так, в зимний период притом, что световой день короче, солнечные лучи падают на стену под более острым углом, чем летом, в результате чего уменьшается сезонная разница в аккумулируемой энергии.
Активная система с вентиляторами позволяет непосредственно подавать нагретый воздух в помещения, а также в отдельный тепловой аккумулятор, например гравийно-галечный, который оборудуется в подвале и представляет собой емкость достаточного объема, заполненную крупной каменной крошкой и имеющей хорошую внешнюю теплоизоляцию. Обладая высокой теплоемкостью, камень накапливает тепло от прокачиваемого через аккумулятор воздуха, нагретого стеной Тромба-Мишеля, а затем (ночью) отдает это тепло воздушному потоку, подаваемому в жилые помещения. Эффективность такого аккумулятора определяется также большой площадью соприкосновения камня с воздухом.
Существует множество известных модификаций активных и пассивных систем солнечного обогрева, в том числе использующих в качестве теплоносителя не только воздух, но и воду. Водяные солнечные коллекторы представляют собой плоские металлические емкости, окрашенные в черный цвет. Известны также весьма экзотические решения: например, «водяные» стены, собранные не из кирпичей или блоков, а из пластиковых емкостей, наполненных водой.
Во многих случаях, когда солнечные коллекторы совмещаются с аккумуляторами (в роли последних выступают сами стены и перекрытия зданий), конструкция включает жалюзи, регулирующие количество лучистой энергии, попадающей на коллектор. Эффективность коллекторов можно заметно увеличить с помощью различных покрытий, например специальной фольги, которая хорошо улавливает энергию, но препятствует обратному излучению стеной тепловой энергии в пространство в ночное время. Очень действенно также рельефное покрытие стен. В одной из рекомендаций по усовершенствовании стены Тромба-Мишеля с помощью подручных материалов обычные алюминиевые банки из-под пива режутся на 4 части, и их фрагментами покрывается стена, после чего красится в черный цвет. Получается мощный радиатор, быстро нагревающий находящийся в промежутке между стеной и остеклением воздух.
Солнечные фотогальванические батареи и ветроэнергетические установки
В общем-то эти агрегаты прямого отношения к пассивному дому не имеют, но идеологически отлично вписываются в его концепцию, поскольку речь идет об использовании возобновляемых природных источников энергии и экологической чистоте. Правда, солнечная гальваника немыслима без аккумуляторов, а это штука не очень чистая, если говорить об их утилизации. Но в целом все равно отсутствие вредных выбросов в атмосферу и бесшумность – значимые козыри. Как и длительный срок службы солнечных батарей (10-20 лет) и отсутствие необходимости технического обслуживания (что, опять же, не относится к аккумуляторам). Первые солнечные батареи имели невысокий КПД (порядка 15%) и использовались в космосе. В настоящее время производятся более совершенные преобразователи на основе поликристаллического кремния и арсенида галлия с КПД 50-60%. Они довольно компактны и легко устанавливаются, в основном на крышах загородных домов. При наличии аккумуляторов и инвертора, преобразующего постоянное напряжение с батареи (12 или 24 В) в переменное 220 В, желающие могут обзавестись полностью автономной мини-электростанцией мощностью до 10-12 кВт (или больше), для которой потребуется несколько солнечных фотоэлементов определенной суммарной площади. Однако подобные станции лучше всего подходят в качестве резервных на случай отключений внешней электроэнергии. В составе блока инвертора обычно имеется автоматика, переключающая нагрузки и следящая за режимом зарядки аккумуляторов. В странах с интенсивной и стабильной инсоляцией солнечные батареи очень популярны. Но и в нашем Подмосковье, даже с учетом обилия пасмурных дней, они могут значительно снизить потребление от централизованной сети электроснабжения и обеспечить достаточно надежный резерв на случай отключения. Если же речь идет о больших домах с солидным потреблением электроэнергии, солнечные батареи можно сочетать с дизель-генератором, который будет включаться в особо критических ситуациях (например, длительное отключение электричества или необходимость запуска агрегатов с большим потреблением при обесточенной местной подстанции). Серьезное ограничение на пути распространения солнечных батарей – это пока что высокая стоимость, порядка 3,5 – 4,6 у.е. за 1 Вт электроэнергии. И все же это получается дешевле дизель-генератора при небольших мощностях системы бесперебойного питания (до 10 кВт). Кроме этого, на основе солнечных батарей существуют такие остроумные решения, как «пассивная» уличная подсветка: фонари со светодиодными лампами и фотоэлектрическими батареями днем заряжаются, а ночью освещают территорию, и никаких проводов.
Ветряки, или ветроэнергетические установки – штука более громоздкая и сложная, к тому же их производительность снижается пропорционально кубу снижения скорости ветра относительно ее «номинального» значения. Тем не менее, во многих странах они весьма распространены. Особенно там, где в зимний период, когда солнечные батареи работают с пониженной производительностью из-за стабильной облачности, дуют сильные ветры. Одним словом, для малой энергетики, которая может охватывать даже районы, совсем не охваченные централизованным электроснабжением, и солнечные батареи, и ветряки очень перспективны и даже при высокой стоимости получаются дешевле, чем прокладка ЛЭП (1 км которой может обходиться в десятки тысяч у.е.).
Примеры реализации пассивных домов
Идея пассивного дома возникла не вчера. Пассивные дома, которые также часто называют солнечными, начали строить в середине 20 века. Уже упомянутая нами система (стена) Тромба-Мишеля, ставшая сегодня классической, была запатентована во Франции еще в 1956 году. Весьма схожая с ней система Лефевра была реализована двумя годами раньше: двухэтажный дом в штате Пенсильвания (США) общей площадью 116 м2 был оснащен вертикальным воздушным солнечным коллектором с двойным остеклением 41,8 м2, который установили на втором этаже с южной стороны. Роль аккумулятора тепла выполняла сама стена (южная) и перекрытие, в связи с чем себестоимость сооружения оказалась минимальной. Северная же стена была лишена окон и тщательно утеплена.
Вообще говоря, парниковый эффект, на котором основаны подобные системы (при наличии черной поверхности, более эффективно поглощающей тепловое излучение, можно говорить о «парниковом эффекте с усилением») испокон веков используется архитекторами. Подсобные помещения, не требующие комфортной температуры, обычно примыкали к северной стене, которая имела минимум остекления и хорошую теплоизоляцию. А вот атриумы и теплицы в качестве пристроек с южной стороны, застекленные террасы и даже воздушный промежуток в камерах оконных слеклопакетов – все это так или иначе имеет отношение к парниковому эффекту. Давно известны такие приемы, как расширение «буферной» зоны парникового эффекта, как это реализовано в системе Вагнера (внешнее остекление отстоит от наружных стен на 1.5 м). Пример – построенный в 1931 году архитектором Вагнером «Растущий дом» (Кембридж, Великобритания).
Яркий пример безупречного проектирования пассивного дома с учетом местных климатических условий, где нет практически никаких специальных средств, не считая черной краски, которой покрыт остекленный южный фасад, представляет собой школя Св. Георгия в Ливерпуле (Великобритания). Тепло накапливается в стенах и перекрытиях, размеры которых подобраны оптимальным образом для того, чтобы обеспечить близкий к идеальному тепловой баланс без дополнительного отопления. При расчете теплового баланса учитывалось также тепло от светильников и даже «человеческое» тепло (на основании примерной численности учеников и преподавательского состава). Данный объект, реализовавший т.н. систему Моргана, является первым в Европе пассивным домом (построен в 1961 году).
Из пассивных систем следует отметить также систему Скайтерм (автор – Гарольд Хэй). Несколько домов с такими системами были построены в 60-х годах в Калифорнии (США). На плоской кровле устанавливались лотки из черного полиэтилена с водой глубиной 20 см, которые накрывались полиуретановыми заслонками. Летом заслонки открывались на ночь и закрывались днем, зимой – наоборот. Внутренние помещения обогревались и охлаждались от потолка.
Из воды «делали» не только кровлю, но и… стены. Известный «Солнечный дом Байера» (Стив Байер – президент компании Zomeworks Corporation) собран из модулей-ячеек с южными стенами, состоящими из 200-литровых металлических бочек, которые наполнены водой и выкрашены в черный цвет. «Водяная стена» отделяется от внешней среды остеклением. Эффективность подобной системы увеличена за счет откидывающихся на определенный угол ставней, которые открываются днем и в «лежачем» состоянии отражают дополнительную энергию на стену, а на ночь закрываются. Температуру в помещениях можно регулировать с помощью штор на внутренней стороне стены.
Описанные выше простые пассивные системы утилизации солнечного тепла, однако, не всегда удовлетворяют потребностям. Более сложной и дорогой, но зато и более эффективной, можно назвать систему Блисса-Денована, отличавшуюся раздельным массивным галечным аккумулятором тепла в подвале одноэтажного дома площадью 65 м2 (Аризона, США) и принудительной системой циркуляции воздуха. Эта система позволила не только целиком обойтись солнечным теплом в плане отопления, но и охлаждать дом во время летней дневной жары.
Первые опыты с солнечным теплом начались в 1939 годом в Массачусетском Технологическом институте (США). Здесь была разработана (и в последствии внедрена на множестве объектов) система солнечного отопления MJT, использовавшая в качестве теплоносителя не воздух, а воду. Вода прокачивалась через установленные на крыше солнечные коллекторы, а затем поступала в размещенный в подвале объемный теплоизолированный бак с теплообменником, в котором нагревался подаваемый в жилые помещения воздух. В схожей по принципу системе Бриджеса-Пакстона кондиционирование осуществляется посредством проложенных по полу и потолку труб с циркулирующей по ним водой. В данной системе присутствуют также солнечный коллектор из алюминия и раздельный водяной аккумулятор тепла. Вообще вода как теплоноситель гораздо лучше воздуха по причине ее высокой теплоемкости, хотя появляется опасность замерзания.
Подытожим. Все разнообразие систем солнечного отопления укладывается в следующую классификацию:
- прямой обогрев (Direct Gain) через различные типы остеклений южного фасада: витражи и окна, фонари верхнего света и пр.;
- непрямой обогрев (Indirect Gain): использование наружных термальных массивов типа невентилируемой стены Тромба-Мишеля;
- нагрев замкнутого объема (Isolated Gain): та же стена Тромба-Мишеля, но вентилируемая, и использование нагретого воздуха для транспортировки тепла.
Пассивный дом активизируется
Перечисленные выше пассивные объекты середины 20 века были не более чем удачными экспериментами энтузиастов-одиночек, однако они позволили накопить первый опыт строительства и, главное, многолетней эксплуатации пассивных домов – как жилых, так и общественного назначения (школы и офисы). Практика показала, что люди в таких домах чувствовали себя весьма комфортно, а общие эксплуатационные расходы сокращались минимум на 40-60%, что за несколько десятилетий эксплуатации дало громадную экономию.
С начала 90-х годов 20 века пассивные дома начали строиться если не в массовом порядке, то, по крайней мере, обозначили целое направлении в строительной индустрии. Они становятся все более популярными в самых разных климатических зонах. Из теплых стран, в которых наблюдается активный рост количества пассивных домов, можно назвать Египет, Израиль, Турцию, Японию, Индию, США (наверняка в скором времени в этот список войдут и другие страны, в частности, Китай). Среди стран с умеренным климатом лидируют Великобритания, Франция и особенно Германия. Пассивные дома строятся и в таких северных странах, как Финляндия, Швеция, Канада, север США (Аляска). И если в условиях экстремального, почти арктического, климата сложно говорить о полном переводе систем отопления на солнечную энергию, особенно с учетом полярных ночей, то даже в этом случае общая экономия эксплуатационных расходов получается значительной, а строительство пассивных домов – экономически оправданным.
Признанным мировым лидеров в данной области является Германия. Первый пассивный дом в г. Дармштадте был построен в 1991 году, проектными и строительными работами руководил доктор Вольфганг Файст, представлявший Институт жилья и окружающей среды (впоследствии он основал и возглавил Passive House Institute). Это здание, в котором с тех пор проживают четыре семьи, оказалось настолько экономичным (расход условного топлива на отопление составил всего 1 л/м2 в год), что позволило говорить о ненужности центральной системы отопления. Которой, как и кондиционеров, нет в построенном уже в 1998 году административном здании фирмы Wagner&Co. Кроме отдельных зданий стали появляться целые пассивные поселки – в Висбадене, Штутгарте и пр. Государственная программа «Тепло Солнца» существенно стимулирует немецкий сектор рынка пассивных домов. С 1999 года из госбюджета было выделено 2,7 млрд. Евро. Каждая немецкая семья, обзаводящаяся солнечной отопительной системой, получает компенсацию в размере 110 Евро на метр поверхности солнечных коллекторов.
Парадоксально, но факт: в той же Германии реализуется российский проект солнечного дома «СОЛ», получивший Золотую медаль на международной выставке «Жилище 99». Это, однако, не значит, что Россия никоим образом не участвует в «пассивном» движении. Другое дело, что если Германия показывает всему остальному миру, как нужно строить пассивные дома, то Россия – как не нужно. Однако, как известно, негативный опыт, полученный на своих, а не на чужих ошибках, является не менее ценным, чем позитивный. Недавно сдан поселок пассивных таунхаусов в Куркино под Москвой (к этой теме мы еще вернемся), который стал отличным полигоном для наших застройщиков, решившихся попробовать свои силы на новом поприще.
Россия, конечно, не Германия, хотя бы по климатическим условиям. Но и наш «климатический близнец», Канада, успешно строит пассивные поселки. Например, в провинции Альберта недавно началось строительство городка Drake Landing на 52 владения (пассивных).
Passive House Institute (Германия) разработал стандарты для пассивных домов и в настоящее время активно занимается сертификацией строительных материалов и компонентов, рекомендуемых для пассивных домов. Разработан детальный алгоритм расчетов – «Пакет проектировании пассивного дома» (PHPP), основанный на идеологии проектирования без тепловых мостов. Институт занимается развитием концепции пассивного дома, сопровождением проектов, консультированием строителей и проектировщиков. Институт также осуществляет контроль качества, организует курсы повышения квалификации и устраивает международные конференции. В последней такой конференции приняли участие более тысячи человек, что свидетельствует о росте числа интересующихся данной тематикой специалистов. Подразделение Geo Passive House обеспечивает мощную информационную поддержку и занимается мониторингом долговременной эксплуатации уже построенных пассивных домов для сбора статистических данных. На партнерских началах с германским Passive House Institute в России создан Институт пассивного дома – самостоятельная организация, занимающаяся в основном адаптацией технических аспектов пассивного дома к специфическим условиям российского климата и рынка.
Некоторые крупные компании (например, Concept Construction в Канаде и Enercon Building Corporation в США) выпускают специализированное оборудование и строительные материалы для пассивных домов. Одним словом, данная отрасль строительства быстро набирает обороты, становится все более популярной и авторитетной в глазах общественности, являясь ярким примером «этического бизнеса», и обеспечивается активной поддержкой государства. Помимо непосредственно строительства пассивных домов во многих странах производится санация зданий старого фонда с целью увеличения их энергоэффективности.
И, тем не менее, по мнению многих аналитиков рынка, по-настоящему массовым пассивный дом станет лишь через несколько десятилетий, когда будут окончательно разработаны и обкатаны типовые решения и конструкции для различных климатических зон, а сама «идеология пассивности» прочно войдет в культуру строительства и проектирования. Эти два момента чрезвычайно важны. Первый – потому, что пассивный дом требует очень высокого качества реализации проекта, малейшие погрешности на стадии строительства могут свести на нет всю затею. Взять хотя бы недостаточно добросовестное обращение с теплоизоляцией, которое чревато как минимум возникновением спонтанных тепловых мостов, на искоренение которых тратится столько сил проектировщиками! А уж о добросовестности и уровне компетенции в целом, характерном для наших строящих т.н. «элитное» жилье гастарбайтеров, даже не хочется начинать разговор. Там не то, что тепловые мосты, там откровенные дыры в несущих стенах не редкость!
Второй момент – непосредственно проекты. Взявшись за проект пассивного здания, архитектор должен не просто учитывать определенные требования, воспринимая их как досадные помехи на пути его творческой мысли, а сам проникнуться «идеологией пассивности», непосредственно вытекающей из экономических и экологических предпосылок. И находить формы, которые функционально и эстетически будут соответствовать новым установкам. Конечно, пассивный дом накладывает определенные и довольно жесткие требования. Например, ориентация по оси «юг-север», различия в оформлении южного и северного фасадов, иногда – пологая стена с северной стороны. Боле того: требование к отсутствию затенения южного фасада во многих случаях предполагает решения не на уровне отдельно взятого объекта, а на уровне целого комплекса зданий, особенно в городах, где необходимо учитывать окружающий историко-архитектурный контекст. И, тем не менее, эти факторы не только ставят рамки, но и открывают новые просторы для творчества. В любом случае, в архитектуре должна возобладать не свободная эстетика, а эстетика целесообразности. Несколько десятилетий назад общественность довольно быстро смирилась с темными фасадами творений Корбюзье («бетон-стекло-металл»). Что ж, стена Тромба-Мишеля в общем-то такой фасад и напоминает.
Как известно, любому здравому начинанию больше всего мешают два фактора: излишний пессимизм и излишний же оптимизм. Первое опровергает сам опыт строительства пассивных домов по всему миру. Достаточно сказать, что увеличение капитальных затрат на строительство составляет 5-10%, а экономия эксплуатационных расходов, включая энергоносители, составляет 40-60%. Утверждение пессимистов, мол, пассивный дом – это очень сложно и неимоверно дорого, не выдерживает критики. Как и обратное мнение, высказываемое оптимистами: просто и дешево. К сожалению, пока все еще не так просто. Но сложности не относятся к разряду не решаемых, и по мере развития данного направления с появлением типовых решений для массового строительства многое, что кажется сложным сегодня, станет рутинной практикой.
Технологические «изюминки» для пассивного дома
В конце октября с.г. в московском выставочном комплексе Крокус Экспо прошла выставка Hi-Tech Building & House, на которой тематика пассивного дома была представлена достаточно широко. Был проведен также семинар, в котором участвовали зарубежные и отечественные компании, деятельность которых напрямую или косвенно связана с пассивным домом. Семинар открылся обширной вступительной речью Александра Елохова (Passive House Institute Russia), в которой были освещены общие принципы проектирования и строительства, а также компоненты пассивных домов и зданий с низким энергопотреблением, приведены исторические справки и показаны существующие объекты.
Компания Sauter, специализирующаяся на оснащении крупных объектов интегрированными системами с упором на энергосберегающие технологии, презентовала 17-этажное 75-метровое офисное здание Power Tower фирмы Energy AG Linz (Линц, Австрия), высокий уровень комфорта в котором обеспечивается с помощью возобновляемых источников энергии. Тепловые насосы (отопление) через «активные сваи» здания связаны с водоносными грунтовыми горизонтами, являющимися источниками энергии (теплоноситель – 20%-й солевой раствор). Охлаждение осуществляется также осуществляется также геотермически, через глубинные (150 м) зонды. Специальный колодец служит для охлаждения вычислительного центра. Кроме этого, здание несет на себе солнечные батареи (общая площадь 700 м2). Все системы полностью интегрированы (протокол MODBus поверх TCP/IP), все процессы по использованию и учету тепловой и электрической энергии выводятся на мониторы, есть возможность удаленного доступа и управления. Презентацию провел инженер компании Sauter Денис Вышинский.
Руководитель маркетингового отдела химического концерна BASF (Германия) Дирк Фунхофф познакомил аудиторию с интересными идеями, нашедшими практическое применение. Эффект поглощения энергии веществом при изменении его агрегатного состояния (в данном случае таяния) использовался в панелях-термостатах, которые прекрасно подходят для внутренней отделки пассивного дома. Порошок из мельчайших частиц парафина или иного предельного углеводорода подмешивается к полимеру, из которого производится карбоновая панель (производства Knauff) в нужной пропорции. При достижении температуры плавления, которую можно путем подбора вида примеси установить, скажем, на уровне 21°С, панель перестает нагреваться: вся энергия уходит на плавление парафина. Таким образом, пока последний не расплавится, панель будет сохранять определенную температуру. Процесс этот может занять несколько часов, а то и весь световой день. Ночью же с падением внешней температуры частицы снова кристаллизуются. Вторая новинка BASF – красочные покрытия для внешних поверхностей с селективным поглощением и отражением солнечных лучей. В видимой области солнечного спектра эти характеристики одни (превалирует поглощение), а в инфракрасной – другие (преимущественно отражение), что предотвращает чердачные помещения домов с покрытой подобной краской кровлей от избыточного перегрева.
Российский партнер BASF, компания «Мосстрой 31» (докладчик – зам. Генерального директора по маркетингу Юрий Савкин) продемонстрировала преимущества теплоизоляционного материала неопор (разработан BASF) на слайдах, зафиксировавших термографические измерения, по отношению к минеральной вате и пенополистиролу. Последний, однако, также широко используется компанией в конструкциях с несъемной опалубкой и в качестве панелей, сочетающих в себе свойства тепло- и звукоизоляции. Особенно эффективны такие панели в борьбе с ударными шумами, понижая их уровень более чем на 20 дБ.
Лотар Молл (ProClima-Moll-ЗАО «Пластекс») познакомил аудиторию с т.н. «интеллектуальными» пленками для паро- и влагозащиты Intello и Solitex. В отличие от традиционных пористых материалов, скорость диффузии влаги в которых пропорциональна скорости воздухообмена, новые пленки используют принцип молекулярной решетки. Иными словами, при практически 100%-й изоляции воздушного потока они способны пропускать влагу: молекулы воды следуют по направлению молекулярных цепочек полимера, из которого состоит пленка. Причем пропускная способность зависит от температуры и влажности. Это дает сразу несколько глобальных преимуществ. Во-первых, зимой, когда относительная влажность воздуха в помещениях гораздо выше, чем на улице, а температура «за бортом» соответственно ниже, пленка ограничивает диффузию из помещений вовне, и таким образом удается избежать излишней сухости микроклимата, стимулирующей вирусные заболевания. Во-вторых, не происходит образования конденсата на холодных строительных конструкциях, а, значит, не создается условий для плесени и грибков. Эти примитивные организмы наносят большой вред жильцам (споры грибков являются сильным аллергеном) и самим конструкциям, иногда вплоть до их полного разрушения. В-третьих, пленка, не пропускающая воздух, уменьшает теплопотери, особенно в местах стыков теплоизолирующего слоя и возможных его дефектов, допущенных в процессе строительства. Летом же, при высокой температуре, пленка открыта для влаги, благодаря чему строительные конструкции хорошо просушиваются. В случае же образования водяной прослойки ее проницаемость влаге достигает максимума, в то время как у традиционных пористых материалов, напротив, проницаемость полностью блокируется.
ProClima производит также широкий ассортимент клеев для укладки пленок и герметичных клейких лент, а также оборудование для испытаний на герметичность строящихся домов.
Компания ООО Veka Rus (докладчик – руководитель технического отдела Андрей Окулов) представила новые конструкции оконных стеклопакетов серий Topline, Topline Plus и Alphaline, которые отличаются значительно меньшими потерями по сравнению с традиционной продукцией. Улучшения достигнуты за счет многочисленных инновационных приемов, в частности, увеличении ширины профиля, количества и объема камер профиля, заполняемых термоизоляционным материалом неопрен. Кроме этого, разработана система крепления стеклопакета к несущей стене с помощью анкерной пластины особой конструкции, позволяющей регулировать высоту. При этом сам стеклопакет, вес которого передается на несущую конструкцию, полностью находится в зоне утеплителя, согласно стандартным требованиям к оконным конструкциям пассивного дома.
Немецкая компания Menerga (руководитель которой Клаус Хансен сделал обширный доклад о микроклимате в пассивных домах на семинаре) известна в первую очередь как производитель мощных и высокоэффективных центральных кондиционеров, способных обслуживать значительные объемы, с «утилизаторами тепла». Последние, являясь частью агрегатов Menerga, могут быть двух типов: рекуперационными (где теплообмен между вытяжным и приточным потоками воздуха происходит через стенки перекрестноточного или противоточного теплообменника) и регенеративными. Регенеративный утилизатор представляет собой двухкамерное устройство со сплошными пластинчатыми коллекторами тепла в камерах. Вытяжной и приточный потоки по очереди «меняются» камерами, при этом пластины в течение одного цикла нагреваются вытяжным воздухом, а затем отдают тепло приточному. Таким образом, можно говорить о «двухтактной» работе агрегата, обеспечиваемой специальными клапанами с автоматическим управлением. Помимо вентиляции с высоким процентом возврата тепла, изделия Menerga обеспечивают оптимальную относительную влажность воздуха в помещениях, что особенно важно в зимний период года. Агрегаты Menerga сопровождаются собственными средствами автоматики и дистанционного управления и легко интегрируются в общую систему управления и диспетчеризации.
Пассивный дом, как следует из самой идеологии герметизации и вентиляции с контролируемым тепловым балансом, не следует, однако, слишком однозначно воспринимать как «дом-термос» или «дом-скафандр». Так или иначе, время от времени у любого нормального человека появляется желание распахнуть пошире окна, особенно в теплый майский денек, и впустить в дом ароматы цветущего сада. Правда, при этом аллергики сильно рискуют надышаться пыльцой, что может иметь негативные последствия для здоровья. Немецкая компания Siegenia-Aubi KG (доклад руководителя отдела обучения и технического сервиса московского представительства компании Романа Пискарева) производит специальные проветриватели Aerovital, которые задерживают пыль и твердые взвеси в воздухе и не требуют открытия окон. Есть также встраиваемые в оконную раму проветриватели с угольными фильтрами (от вредных примесей, выхлопа автомобилей и пр.), задерживающие также шум, идущий с улицы и предотвращающие усиленные потери тепла. Особого внимания заслуживают проветриватели с регулируемым управлением влажностью воздуха (Aeroplus). Кроме этого, компания выпускает широкий ассортимент специальной фурнитуры и электроприводов оконных рам, а также устройства дистанционного управления приводами, датчики открытия, разбития стекла, загазованности, задымленности и т.д.
Компания Rehau (Германия) известна в России в основном как производитель современных пластиковых окон. Последние разработки Rehau в этой области изобилуют остроумными решениями, например, использование эффекта Бернулли для стабилизации проветривания посредством специальных вставок, которыми при желании можно оснащать оконные профили. При усиливающемся из-за ветра потоке воздуха через профиль гибкая задвижка изменяет свое положение и частично перекрывает поток, стабилизируя скорость подачи свежего воздуха в помещение (система Aircomfort).
Однако окна – далеко не единственный конек Rehau, как поведал Александр Тихонов, инженер технического отдела московского подразделения компании. Спектр изделий и предложений Rehau, ориентированных на пассивный дом, исключительно широк. Тут и фасадное остекление, и солнечные коллекторы, водяные и гальванические, и тепловые насосы, грунтовые теплообменники, и геотермальные зонды – это к вопросу, где взять готовые конструкции при переходе от абстрактных идей к их непосредственной реализации. Все эти конструкции, весьма сложные и масштабные, технологически выверены, унифицированы и оптимизированы по всем параметрам, включая экономические. А такое решение, как технология панельно-лучистого отопления и обогрева теплоемких перекрытий, нашла практическое воплощение в строительной индустрии. В железобетонные панели до их заливки, помимо арматуры, включаются зигзагообразно уложенные трубы, по которым циркулирует жидкость. Таким образом появляется возможность создания «бесконечной накопительной массы», стабилизирующей температуру в помещениях при широком диапазоне изменений внешних температур. Кроме этого, в домах, построенных из таких стандартных панелей, и при наличии внешних накопителей тепловой энергии можно достичь еще более высокой эффективности и гибкости отопления или охлаждения помещений.
Современное многоэтажное здание, энергоэффективное и тем более пассивное, трудно представить себе без высокой степени интеграции всех его инженерных систем, включая, конечно же, вентиляцию, кондиционирование и отопление. Только их слаженное взаимодействие, основное на тщательно продуманных алгоритмах «взаимного реагирования», может обеспечить требуемый микроклимат в рабочей (равно как и жилой, если речь идет о жилых домах) зоне. Как отметил технический директор компании ООО «РМ Вент» Илья Персяков, современные агрегаты комплектуются стандартными внешними интерфейсами (протоколы LON, BACnet, MODBus, RS-232 RS-485 и др.), позволяющими относительно просто и недорого решить проблемы диспетчеризации и управления с удаленным доступом. Успешно решенные задачи, поставленные спецификой промышленных объектов, на которых работала эта питерская компания, позволяют сделать вывод о необычайной широте возможностей современного оборудования, которые в применении к пассивным жилым домам на сегодня являются не только достаточными, но даже избыточными с солидным запасом. К примеру, на фармацевтической фабрике, помимо жестко регламентируемых условий температуры и влажности воздуха, в отдельных помещениях необходимо было поддерживать повышенное давление с тем, чтобы исключить проникновение бактерий, содержащихся в воздухе смежных помещений, при открывании дверей.
Андреас Шнайдер, директор по продажам компании EnOcean Gmbh (Германия) рассказал о новой технологии беспроводных компонентов систем автоматизации и управления – датчиках температуры, движения и объема, выключателях и сенсорах. Эти компоненты, не требующие подводки слаботочных линий, обеспечивают произвольную установку и 100%-ю гибкость системы: при желании они перемещаются без каких-либо сложностей. При этом радиус действия (средой распространения сигналов является радиоканал) достаточен для интеграции любой степени сложности на больших объектах. В качестве примера было приведено 55-этажное здание Torre Espacio высотой 223 метра в Мадриде, в котором инженерные системы используют подобные датчики. Но самая интересная подробность, относящаяся к продукции EnOcean, ассортимент которой включает более 250 совместимых друг с другом изделий, каждому из которых присваивается индивидуальный сетевой адрес и которые с помощью шлюзов интегрируются в стандартные системы на основе протоколов EIB/KNX, LON, BACnet и TCP/IP, это их энергетическая автономность. Причем достигнутая не с помощью батарей или аккумуляторов, а с помощью разного рода преобразователей энергии. Это может быть разность температур, движение воздуха, свет, кинетическая энергия. Например, нажимая на кнопку выключателя, мы передаем достаточно кинетической энергии для того, чтобы, переработав ее в электричество, он мог обеспечить работоспособность своей электронной схемы, сформировать сигнал и передать его в эфир. Километры сэкономленного кабеля – это еще сущие копейки по сравнению с экономией на его прокладку.
Архитектор Марио Бодем (архитектурное бюро ING+ARCH Partnership, Германия) в своем докладе подтвердил, что в архитектурных кругах идеи пассивного дома находят растущую поддержку, и перечислил пять обязательных признаков пассивного дома как архитектурного объекта (сплошной массивный утеплитель, отсутствие тепловых мостов, окна с тройным стеклопакетом, устанавливаемые на уровне утеплителя, герметичность, приточная вентиляция с рекуперацией, способной вернуть в дом не менее 80% тепла). Путем тщательного проектирования, когда каждой детали уделяется пристальное внимание, а также строгого аудита с применением опрессовки готовой конструкции (Blow Door Test), выявляющей точки пониженной герметичности, удается построить пассивный дом, в котором расходы внешней энергии на обогрев составляют 10 Вт/м2. Чтобы придать наглядность этой абстрактной цифре, можно представить себе комнату площадью 20 м2, которая обогревается двумя 100-Ваттными лампами накаливания. Или работающим телевизором. Можно также использовать тепло человеческого тела, для чего приглашают в гости двух соседей (каждый из них будет отдавать по 100 Вт тепловой энергии). Это, как шутит Марио, совершенно новая концепция гостеприимства…
Г-н Бодем привел типичную практику конкурсного отбора проектов вновь строящихся объектов в Германии, когда часто побеждает проект, разработанный согласно стандартам пассивного дома. При этом в расчет берутся не только затраты на само строительство (которые, кстати, в одном из приведенных конкретных примеров превышали непассивный вариант всего лишь на 4%), но и долговременные эксплуатационные затраты (в течение 30 лет) с учетом роста цен на энергоносители. Экономия только по последнему показателю составила в том же примере порядка 8 миллиардов Евро, причем расходы на амортизацию оборудования (15-летний цикл) были также учтены. В одном из проектов (проект нового спорткомплекса) удалось даже «перевыполнить» план по энергоэффективности: благодаря установленным на крыше, имеющей большую площадь, солнечным батареям объект в среднем за год вырабатывает электроэнергии больше, чем потребляет, и отдает излишки внешним энергетическим сетям.
Но и реконструкция уже существующих зданий может быть, как показывает практика, очень эффективной. Скажем, обычный особняк, который в свое время был построен без всяких ориентировок на высокую энергоэффективность, «обшивается» снаружи слоем утеплителя, в котором закладываются вентиляционные каналы, а затем внешняя декоративная отделка закрывает от глаз весь этот «новодел». Данная технология все шире входит в практику в Европе, и в приведенном конкретном примере (особняк жилой площадью 240 м2, который, по словам Марио, в Германии считается виллой, хотя в ближнем Подмосковье едва тянет на скромную дачку) экономия первичной энергии составила 95%.
Марио Бодем лично участвовал в проектировании технопарка компании ICS, который возводится путем реконструкции корпусов старинной пуговичной фабрики (Москва, ул. Энгельса). Не все постройки данного комплекса в силу своих специфических особенностей позволяют выдержать стандарт пассивного дома, принятый в Европе, но все же отдельные корпуса, которые предполагается дополнить надстройками, вписываются в этот стандарт. И это притом, что московский климат существенно более суровый по сравнению с Германией (среднегодовая разница температур составляет 10°С). Г-н Бодем утверждает, что, согласно расчетам, даже в северных сибирских областях технологии пассивного дома уместны, несмотря на необходимость корректировки показателей. Более того, относительная эффективность и экономия оказываются даже выше, чем в странах с более мягким климатом и стабильной инсоляцией.
С немецких небес на российскую землю
В 2006 году в микрорайоне Куркино был сдан комплекс таунхаусов из 28 трехэтажных секций примерно по 200 м2 каждая. Этот комплекс, проект которого готовился восемь лет и был выдержан в духе идеологии пассивных домов, пока что не заселен, и даже не все еще коммуникации к нему подведены. Но судить о результатах, как утверждает выступавший на семинаре генеральный директор московского фонда поддержки науки Владимир Целиков, можно уже сейчас, после ряда измерений и доделок. Рассказ его, правдивый и эмоциональный, заслуживает того, чтобы привести его по возможности полно.
Итак, объект «Куркино» изобилует инновационными строительными технологиями и решениями. Основные из них следующие: облегченный железобетон (250 кг/м2 вместо 400 кг/м2), морозостойкий фундамент неглубокого залегания (60 см: фактически был снят лишь слой гумуса), пеннополипропиленовая подстилка с двухметровым запасом, приставные балконы и лоджии (с целью исключения тепловых мостов через конструктивные элементы), толщина стен со слоем утеплителя 600-650 мм. Окна – производства Veka (специально для пассивных домов), импортированные из Германии и установленные в глубоких проделах. Утепление полов – 100 мм пенополистирола и еще 170 мм керамзита. Роторные рекуператоры шведской сборки (с американскими роторами), с функцией переноса влаги – как утверждает г-н Целиков, пластинчатые рекуператоры для нашего морозного климата не подходят: велика вероятность их обледенения и попутно пересушивания воздуха в помещениях при отрицательных температурах (ниже -5°С) на улице. Если же компенсировать потерю влаги путем распыления воды в приточном потоке воздуха, это, конечно, решение, но оно потребует расхода лишних 15 кВт-ч/м2 энергии в год.
По нашим нормативам для такого рода зданий удельное тепловыделение составляет 160 кВт-ч/м2 в год. То, что реально у нас строится, практически никогда в этот норматив не укладывается (200-250 кВт-ч/м2 в год). Куркинские же таунхаусы показывают рекордное значение в 30-35 кВт-ч/м2 в год.
Если оценивать с экономической точки зрения, то удорожание объекта, связанное с элементами пассивного дома, составило примерно $90/м2. Следовательно, при текущей стоимости тепловой энергии порядка 3 центов окупаемость наступит лет через двадцать, а с учетом изменений «стоимости» самих денег – и все сорок. Иными словами, объект фактически окупится гораздо позже истечения срока службы оборудования. Получается, что с экономической точки зрения пассивные дома нам не нужны… А почему же они нужны немцам? Да там цена за единицу тепловой энергии – 15-20 Евроцентов. В 6 раз выше, чем у нас.
Можно ли каким-либо образом уменьшить себестоимость пассивных домов у нас, чтобы при существующей разнице в цене на энергоносители вытянуть-таки экономическую целесообразность? Да, такая возможность существует. Если перейти на массовое промышленное производство компонентов пассивного дома, себестоимость можно снизить вдвое. Это означает, что на наших заводах должны изготовляться типовые панели, стеклопакеты и рекуператоры – а не завозиться из Европы на фурах, как в нашем случае. Хотя бы отечественная отверточная сборка, как в автопроме – уже решение проблемы. Но массовый выпуск подобных изделий возможен только при условии, что в нашей строительной индустрии произойдет революция, иначе они просто не будут затребованы.
И еще по одной причине пассивные (и просто энергоэффективные) дома в России пока что строиться не могут. Поскольку при нашей культуре строительства получается 100%-й брак. Даже советские нормы никто сейчас не соблюдает, для инвесторов главное – скорость и экономия вложенных средств. А строители у нас – выходцы из Средней Азии, других нет.
Куркино строила, кстати, одна из лучших отечественных строительных компаний. Надо полагать, что и узбеки у них были самыми лучшими, но… получился тотальный брак, на ликвидацию которого были потрачены время и деньги (хотя и не такие большие). Мокрый фасад фактически превратился в вентилируемый – из-за прорех и некачественного монтажа теплоизоляционного слоя. По западным нормам не менее 40% площади каждой плитки материала должно покрываться клеем, тогда не получается сплошных полостей под плитками. А кто у нас будет считать эти проценты? Скорее на клее сэкономят!
Расчеты и измерения до и после ремонта (ремонт, напомним, предшествовал сдаче объекта!) показали, что в результате некачественного монтажа примерно 30% теплового баланса было потеряно, из которых 15% удалось вернуть благодаря ремонту. В конце концов корпуса комплекса оказались очень теплыми и комфортными, особенно по сравнению с другими жилыми объектами Москвы, и в 5-6 раз более экономичным по расходам на отопление. Очень хорошо показали себя окна, хотя камеры стеклопакетов аргоном не заполнялись (в наших условиях это скорее элемент бутафории, через год никакого аргона там просто не останется).
Одним словом, комплекс Куркино все же удалось вытянуть, но это был особый случай. А на других наших объектах никто над душой у строителей не стоит, как это делал лично г-н Целиков, проведший полгода жизни на строительных лесах (и тем не менее не предотвративший брак), и никакого ремонта перед сдачей не затевает.
Как бороться с браком? Тут надежда опять же на массовое производство: на заводах с отработанным производственным циклом обеспечить и проконтролировать качество типовых изделий намного легче, чем на стройплощадке. Если на стройке будут собирать дома из готовых элементов, уже с утеплителем, то ввиду меньшего количества операций и понижения уровня их сложности контроль качества станет боле реальным.
Но чтобы выйти на массовое производство, нужно, чтобы пассивные дома стали актуальными с экономической точки зрения. А российская экономика, как уже говорилось выше, пока их просто не замечает. Какой может быть разговор о киловаттах экономии на фоне Мегаваттных потерь на всем пути от источника энергии к потребителю! Мы производим огромное количество тепла на тех же комбинированных ТЭЦ – как побочного продукта при производстве электричества. Почему его так много – потому, что эффективность установок очень невысока, порядка 15% (лишь самые последние достигают зарубежного уровня КПД в 60%). В Европе на дорогом импортном газе всего производят гораздо меньше, но с высокой эффективностью. До европейских цен на тепловую энергию нам далеко, да и не дай Бог (народ просто перестанет платить). Что уж тут говорить, если расходы на одно только горячее водоснабжение в России в 5-6 раз больше, чем на отопление и горячее водоснабжение в целом в той же Германии. Кстати, тамошние нормы расхода – порядка 15 литров горячей воды в сутки на человека, в то время как у нас – 100 литров. Вот и получается, что там пассивные дома нужны, при тамошних тарифах и экономии, а у нас – не нужны. Кому охота, стоя под душем, литры считать?
На самом деле они, конечно, нужны. Но ситуация должна быть каким-то образом перевернута, чтобы дело сдвинулось с мертвой точки. На данный момент реальнее всего строить пассивные комплексы в новых населенных пунктах, не охваченных большими энергетическими сетями, где будет свое, небольшое, производство энергии, децентрализованное. А большие города с расточительной энергосистемой экономии от пассивных домов просто не заметят…
Эпилог с оттенками пролога
Как воспринимать откровения г-на Целикова, начавшего свое выступление со слов «Те, кто досидел до моего доклада, уйдут отсюда без иллюзий»? Уж не пессимист ли он? Скажем честно: за одного такого битого пессимиста десять небитых оптимистов надо давать! А вообще он, конечно, реалист, а не карьерист в маске оптимиста, каких много. И если у нас действительно будут строиться пассивные дома, то строить их будут именно такие реалисты, как наш оратор. Хотя бы потому, что он уже кое-что построил, пока другие только митингуют. Причем построил у нас, а не в Германии.
Но что же все-таки будет с пассивными домами в России? Мы ведь знаем, что если рынок чего-то не принимает и не поддерживает, бывает очень непросто реализовать это что-то в условиях либеральной экономики. Да, существуют разного рода государственные программы, налоговое стимулирование. Но давайте посмотрим: была такая программа – доступное жилье. И где оно, это жилье? Раскуплено спекулянтами, стоит «под парами» с темными окнами – никто не живет. Жилье становится эквивалентом всеобщего эквивалента, т.е. денег, а не домами и квартирами. И ведь наш свободный рынок, на который мы молимся, подобную муть принимает и поддерживает! А вот пассивные дома пока не принимает…
А, может, действительно, ну ее, эту энергоэффективность с пассивностью? Это там, в Европе, пускай экономят и моются одним литром горячей воды, а мы с нашей нефтью и газом будем жить, как жили. Тоже, кстати, позиция. Но вспомним о Киотском протоколе, о выбросах углеводородов в атмосферу – и вернемся к тому, с чего начинали. Нет, все-таки нужны пассивные дома, не для экономии, так ради чистого воздуха. Правда, и тут найдется скептик, который скажет: да в одной только Москве чадящие в пробках автомобили выбрасывают в атмосферу столько гадости, что ваши пассивные дома с чистой экологией – просто капля в море. И что на это возразишь? Только то, что обозначается еще одна параллельная проблема, которую тоже нужно решать. Оказывается, в Москве лишь 20% светофоров (всего же их 1600) подключены к систем «Старт», которая обеспечивает гибкий режим регулирования потоков – отслеживает скопления машин и оптимизирует движение в масштабах всего города. Для перехода на полное подключение денег пока нет. Тоже, надо сказать, внерыночная проблема. Рынку вообще наплевать, чем мы дышим и в каких домах живем. Рынок – это стихия, а стихия, естественная или рукотворная, не станет горевать по поводу жертв цунами или землетрясения, равно как и по поводу потерявших работу, лишившихся жилья, чахнущих в ядовитой атмосфере больших городов. Для рынка и дефолт, и кризис – лишь фазы его жизнедеятельности, это для нас, людей, и то, и другое – большие неприятности. Поэтому когда говорят, что саморегулирующийся рынок все расставит на свои места, хочется возразить: да, расставит, но так, как ему угодно, а не нам. Кто мы: рабы рынка или его участники? Хочется верить, что первично все-таки человечество с его интересами, и не только финансовыми, а не рынок. Так что насущные задачи нужно решать, пока не поздно. Одни – рыночными методами, а другие – и внерыночными. Но – решать.
А пассивные дома все-таки нужны. Не рынку, так людям. Это же сколько можно сэкономить горючего! А сэкономленное продать за рубеж. А вырученные деньги ментам отдать – чтоб свои светофоры наконец-то к компьютеру подключили. Вот оно, комплексное решение проблем!
Что лучше построить новый дом или перестроить старый?
Выбор между постройкой нового дома или перестройкой старого зависит от многих факторов, включая бюджет, цели, время, условия и потребности.
Если у вас достаточно средств и вы хотите создать идеальный дом, соответствующий всем вашим потребностям и пожеланиям, то постройка нового дома может быть лучшим вариантом. Это позволит вам создать дом, который будет идеально соответствовать вашим потребностям, удовлетворять текущим требованиям строительных кодексов и быть готовым к современным технологиям, что повысит его энергоэффективность и удобство.
С другой стороны, если у вас уже есть старый дом и вы хотите изменить его или улучшить его, перестройка старого дома может быть более подходящим вариантом. Это может быть более дешевым, чем строительство нового дома, и сохранит историческую ценность старого дома. Кроме того, если у вас есть старый дом на участке с хорошей инфраструктурой, он может быть более удобным и привлекательным вариантом, чем постройка нового дома в другом месте.
В конечном итоге, выбор между постройкой нового дома или перестройкой старого зависит от ваших потребностей и целей. Если у вас есть достаточно средств и желание создать свой идеальный дом, то постройка нового дома может быть наилучшим вариантом. Если же у вас уже есть дом, который вы хотите изменить или улучшить, то перестройка старого дома может быть более подходящим решением.