Информация » Пассивный дом

Идея пассивного дома заключается в создании такого здания, которое могло бы поддерживать комфортные для проживания людей условия сколь угодно долго без подводки энергии со стороны. То есть это пример замкнутой системы, не требующей стороннего вмешательства для своего существования.

На данный момент удалось создать несколько реально работающих пассивных домов, энергозатраты которых составляют лишь 10% от энергозатрат обычных домов. Для достижения таких результатов используется несколько принципов.

Температура в пассивном доме

Один из основных источников утечки энергии из дома - это утечка температуры. Чем ниже температуры окружающей среды, чем больше площадь внешней поверхности здания, чем больше окон и дверей - тем больше утечка температуры из здания. Поэтому, для сокращения расходов на поддержание температуры в доме используют следующие методы:

Минимальная площадь внешней поверхности здания.

При проектировании здания специальным образом высчитывается наилучшая форма здания, а также его габариты, с целью уменьшения площади внешней поверхности. При одном и том же внутреннем объеме внешняя площадь может быть разной. Уменьшая площадь внешней поверхности, уменьшаются и расходы энергии, связанные с утечкой температуры.

Цвет

Такой незначительный на первый взгляд параметр, как цвет, играет очень важную роль в пассивном доме. Как известно, от цвета материала зависит его теплообмен, поэтому для пассивных домов характерен белый цвет стен и крыши. В последнее время используется также зеркальное покрытие внешних стен, что еще более снижает воздействие внешних факторов на климат внутри дома.

Окна и двери

Большая часть теплообмена с окружающей средой происходит через окна и двери. Даже окна с двойным стеклопакетом пропускают больше тепла, чем стены. В связи с этим для уменьшения потерь тепла уменьшают количество окон и дверей в пределах разумного, а также монтируют как можно более герметично. Большинство окон стараются располагать на южной стороне. Однако нужно учитывать и конкретные климатические условия того места, где располагается дом.

Стены

При строительстве пассивных домов используют специальные материалы как для фундамента, так и для стен. Один из главных критериев при этом - низкий теплообмен с окружающей средой. В дополнении к этому используются специальные отделочные материалы, которые также помогают снизить потери тепла.

Вентиляция

Для обмена воздухом с окружающей средой также используются некоторые технологии, позволяющие снизить лишние потери тепла. В зависимости от времени года и соответствующей температурой вне дома, используется либо предварительное нагревание воздуха, либо предварительное охлаждение. Как правило, это достигается использованием специального подземного воздухопровода, который в своей работе использует температуру земли.

Освещение в пассивном доме

Так как освещение в доме потребляет значительную часть энергии, его также требуется оптимизировать. Для того, чтобы тратить меньше энергии на освещение дома, но при этом не снижая комфорта проживания в нем, используют несколько методов.

Осветительные приборы

Не секрет, что осветительные приборы различаются по своему кпд. Многие источники света грешат тем, что выделяют слишком много тепла, что не является требуемым от них ресурсом. Распространенные в России лампы накаливания в процессе работы раскаляются до значительной температуры, расходуя на это некоторую часть выделяемой на них энергии. Разумеется, это неприемлимо для пассивного дома. Поэтому в нем применяются такие источники освещения, как светодиоды (LED). Они практически не выделяют тепла, имея благодаря этому очень высокое значение КПД. Однако из-за некоторых конструктивных особенностей светодиоды не могут давать столько же света, сколько та же лампа накаливания, поэтому по одиночке светодиоды применять нет смысла. Именно поэтому используют целые блоки светодиодов, которые и дают необходимый уровень освещенности в доме.

Экономия электроэнергии

Часто бывает, что освещение работает там, где его работа не требуется. Обычно это связано с человеческим фактором - кто-то, выходя из помещения, мог забыть выключить в нем освещение. Потери энергии от такой "холостой" работы бывают значительными, поэтому часто есть смысл автоматизации освещения в помещениях с помощью специальных датчиков и таймеров. Например, с помощью датчиков движения и датчиков объема можно автоматически управлять освещением, включая его там, где есть люди, и выключая его там, где людей нет. Использование таймеров позволяет экономить электроэнергию, например, в ночные часы, когда люди находятся в доме, но спят - следовательно освещение им не нужно.

Источники энергии

В пассивном доме для получения энергии часто применяют альтернативные источники электроэнергии - такие как солнечные батареи и ветрянные мельницы. Расположенные на крыше дома, солнечные батареи способны аккумулировать солнечную энергию в светлое время суток, чтобы потом использовать ее для освещения или отопления дома.


И немного истории

Пассивный Дом является ведущим мировым стандартом в энергоэффективном строительстве: сохранение энергии достигает 80% по сравнению с обычными новыми зданиями. Энергетические потребности отопления ниже, чем 10-20 кВт/кв.м. (в зависимости от климата), что позволяет экономить от 10 до 25 € в месяц. Благодаря этому, владельцам пассивных домов больше не страшны высокие цены на электроэнергию.

Особое внимание уделяется также вентиляционным системам - это эффективный компонент Пассивного Дома, который позволяет сэкономить на ресурсах не в ущерб качеству.

Концепция Пассивного Дома представляет собой комплексный подход к экономичности, высокому качеству и безопасного для здоровья строительства. Концепция проста для понимания:

  1. Современные строительные конструкции достаточно герметичны, поэтому обычного воздухопотока недостаточно. Вентиляция с помощью открытия окон тоже не панацея. Получение достаточного объема свежего воздуха вопрос не только комфорта, но и здоровых условий жизни. Поэтому механическая вентиляция является ключевой технологией для строительства новых зданий, а также реконструкции уже существующих. Такая вентиляция будет работать в любом климате, что позволит наладить в герметичном здании как отопление, так и охлаждение.
  2. Даже не смотря на первоначальную стоимость систем вентиляции, они позволяют сократить расходы на электроэнергии, что в конечном итоге приведет к самоокупаемости. Системы вентиляции позволят обеспечить экономность пассивного дома.
  3. Теперь перейдем к основной "хитрости" в концепции Пассивного Дома: подвод свежего воздуха в помещения необходим в любом случае. Если бы можно было использовать этот воздух для нужд отопления, то система вентиляции окупилась бы во второй раз.
  4. Эта концепция "отопления свежим воздухом" является единственно возможной в здание с высокой теплоизоляцией, каким и является Пассивный Дом. Для экспертов: это определяет требование - тепловая нагрузка должна быть менее 10Вт/кв.м., что позволяет использовать свежий воздух для отопления.

1. От низкоэнергетических зданий к Пассивному Дому

Основным событием 1980-х годов стало создание низкоэнергетического здания, которое юридически стало энергостандартом для новых зданий в Швеции и Дании. В это время было разработано множество элементов и технологий для сокращения потребления энергии зданием. Например, толстая изоляция, герметичность, изотермическое остекленение значительно сокращали потери тепла. С учетом этого, концепция "Пассивного Дома" была разработана в мае 1988 года профессором Бо Адамсоном (Bo Adamson) во время его исследований в области строительства в Университете Лунда, Швеция. Бо Адамсон продолжает свои исследования до самой пенсии. На фотографии ниже показаны Бо Адамсон и Роберт Гастингс (Robert Hastings), один из первых американских архитекторов, во время вечернего заседания на Второй Конференции Пассивного Дома в 1998 году в Дюссельдорфе.

"Пассивные Дома" были определены как здания, которые в условиях климата Центральной Европы, имеют незначительные требования к теплооснабжению, и поэтому не нуждаются в активном отоплении. Такой дом может быть теплым "пассивно", с использованием только имеющихся внутренних источников тепла, солнечной энергии, попадающей через окна и нагрева свежего воздуха. Теоретическое доказательство осуществимости таких домов было представлено в диссертации "Пассивные Дома в Центральной Европе" через компьютеризированную модель энергобаланса зданий [Feist 1993]. В этом документе строительные элементы, определяющие энергопотребление здания, систематически изменяются и оптимизируются на основании эффективного использования энергии и создания комфортных условий для проживания.

Вскоре стало понятно, что для энергооптимизации здания не достаточно ограничение лишь на обогрев - все потребление энергии в быту должно быть сведено к минимуму. В противном случае было бы возможным, например, свести на ноль экономию энергии, используя неэффективные электрические устройства, которые имеют высокие показатели теплопотерь (например, самые обычные лампы накаливания). В то же время, точное значение внутреннего тепла в стандартном доме было неизвестно. Тщательные измерения в построенном Пассивном Доме показали, что это значение составляет около 2 Вт / кв.м. [AkkP 5]. Тем не менее, даже сегодня, в большинстве национальных энергостандартов по-прежнему приходится рассчитывать на не слишком оптимистичные значения (более 5 Вт/кв.м.).

2. Исследования демонстрационных проектов

Чтобы подготовиться к строительству первого Пассивного Дома в Гессене, была создана рабочая группа ученых, финансируемая Министерством Экономики и Технологий Гессена (HMWT). Министр экономики, в то время - Альфред Шмидт (Alfred Schmidt), проявил большой интерес к исследованиям. Рабочая группа выполняет восемь научно-исследовательских проектов, результаты которых были непосредственно использованы в строительстве первого Пассивного Дома в Кранищьштайн (Kranichstein). Также было разработано несколько архитектурных проектов, проведено исследование повышения эффективности циркуляции тепла в системе вентиляции, установлены параметры вентиляции для поддержания воздуха надлежащего качества, разработаны высокоэффективные изотермические оконные рамы, разработаны детали с минимальной потерей тепла для соединения различных строительных элементов.

Город Дармштадт (Darmstadt) незамедлительно заявил о своей заинтересованности в реализации проекта первого Пассивного Дома в контексте "Экспериментальное жилищное строительство Дармштат Kranichstein K7". Четверо частных собственников формируют сообщество владельцев Пассивного Дома и поручают архитекторам Ботту (Bott), Риддеру (Ridder) и профессору Вестермейстеру (Westermeyer) проектирование четырехсекционного дома, с площадью каждой секции 156 кв.м. Прототипы компонентов для этого первого Пассивного Дома, которые уже работали в низкоэнергетических зданиях, были проработаны дальше [Feist 1988]. Только с помощью таких элементов можно было достичь амбициозной цели - практически полной ликвидации системы отопления. Но в то же время эти элементы не были дешевыми, так как все они были результатом ручной работы. Дополнительние расходы по сравнению с обычным строительством были скомпенсированы на 50% при строительстве Департамента охраны окружающей среды Гессиана (Hessian). При строительстве в 1991 году дом был оснащен весьма точными средствами мониторинга, чтобы в дальнейшем была возможность оценить его эффективность.

3. Пассивный дом в Кранищьтайне (Kranichstein).

Основное внимание при дизайне и строительстве Пассивного дома уделяется сохранению тепла: теплоизоляция и рекуперация тепла являются важнейшими компонентами. Это относится и к современным Пассивным домам. Помимо этого используются система нагрева воды с помощью солнечной энергии и наземный подогрев свежего воздуха. Дом имеет хорошую теплоизоляцию, которая за 16 лет с момента размещения работает исключительно хорошо.

Пассивный дом в Кранищьтайне (Kranichstein) был закончен в октябре 1991 года. Все это время в нем жили 4 семьи. Материал для внутренней отделки был выбран специальным образом, с целью уменьшения загрязнения воздуха. Изоляционный материал - как он должен быть в идеале и в других зданиях - был отделен от интерьера с помощью специальных внутренних перегородок. Хорошее качество воздуха было подтверждено исследованием, в ходе которого люди прошли через социальный опрос [Rohrmann 1994].

4. Эффективное использование электроэнергии в Пассивном доме в Дармштадте [Darmstadt]

Измерения в Пассивном доме в Дармштадте Кранищьтайне подтвердили: при использовании доступных технологий потребление электроэнергии может быть сокращено до одной трети от ее текущего потребления. Потребление газа для обогрева снижается на 15% [Ebel/Feist 1997]. Кроме того, экономия средств оказалось стабильной по времени.

5. Движемся вперед: Экономный Пассивный дом

После завершения работы и проведения в первых четырехсекционных домах первоначальных испытаний и непрерывного измерения (температуры и потребления энергии) стало ясно, что цели фактически были достигнуты. В общей сложности, потребление энергии составило:

  • 19,8 кВт.ч / кв.м *а в первом эксплутационном году (1991/92) или всего 8% от потребления аналогичного жилья;
  • 11,8 кВт.ч / кв.м *а во втором эксплуатационном году (1992/93) или лишь 5,5% от потребления аналогичного жилья;
  • менее 10 кВт.ч / кв.м *а в среднем за все последующие годы

Эти величины потребления энергии настолько малы, что они были неправильно истолкованы в профессиональном мире: полученные 32 кВт / (кв.м а) по общему объему конечного потребления энергии, включая в том числе и бытовые приборы, были ложно истолкованы как потребление энергии только для отопления, так как в то время это было более убедительно для научного сообщества. На самом же деле, 32 кВт / (кв.м а) включает в себя потребление энергии всеми четырьмя секциями дома, включая бытовые приборы, потребление электроэнергии в подвале и потребление газа для приготовления пищи и горячей воды. Следует отметить, что 90% энергии было сэкономлено за счет самой технологии.

Даже заснеженная зима 1996/97, в течение которой температура была ниже средней в течение нескольких недель, не стала проблемой для комфорта в доме, который все это время держал тепло. Кроме того, потребления энергии на отопление даже в такой период осталось низким, менее 11кВт / (кв.м а).

Первый пассивный дом в Кранищьштайне полностью оправдал возлагавшиеся на него надежды. Теперь акцент сменился на снижение затрат при массовом строительстве. Это привело к следующему этапу развития - Экономичный Пассивный Дом, Поколение 2.

6. Динамика расходов и проникновение на рынок

Начиная с первых прототипов Пассивного дома в Кранищьтайне, расходы на пассивный дом были сокращены на коэффициент 7: из более чем 50 000 евро до 6000-15000 евро за единичный экземпляр - начиная с больших зданий и заканчивая частными домами на одну семью. Это означает, что сегодня пассивные дома стали доступны для каждого. Благодаря огромной экономии энергии пассивный дом сам окупит себя. Учитывая цены на мазут и природный газ, это кажется перспективным вложением.

Даже без какой-либо рекламы и агитирования, постройка пассивных домов происходила хорошими темпами. Около 300 зданий было реализовано к концу 1999 года в Германии, к концу 2000 года их было уже 1000, а в 2006 году их число составляло 6000-7000. Кроме того, были построены и Пассивные дома второго поколения, с чрезвычайно низким потреблением энергии.

Однако прогресс достигался не только за счет количества построенных зданий. Из-за постоянно растущего числа компонентов для пассивного дома на рынке, цены реализации также сокращались. Реализация зданий была различной, что свидетельствовало о том, что пассивный дом это не какой-то специальный метод строительства, а некий стандарт. Пассивные дома начали строиться как частные дома для семей, как секционные дома и многоквартирные здания. В дополнении к этому, были построены несколько административных зданий, школ, а также заводы.

7. Пассивный дом: очень комфортно

Даже в условиях холодного климата температура внутри дома остается высокой, что обеспечивается хорошей теплоизоляцией. Таким образом, удается избежать низких температур и перепадов температур. Это было подтверждено неоднократными измерениями внутри дома. Однако лучше всяких цифр об этом говорят отзывы людей, которые проживают в пассивном доме: «мы никогда не замерзали», «мы бы определенно построили пассивный дом снова», «нам никогда еще не было настолько комфортно».

Обсуждение технологии пассивный дом на форуме.