Пассивный дом, что это такое — технология строительства

Конструкция пассивного дома

Конструктивно пассивный дом — это обычный дом. Он имеет традиционный фундамент, стены, перекрытия и крышу. Но, принципиальное отличие заключается в подходе, удалении внимания на каждом элементе и использовании инновационных материалов и инженерных систем.

Основное внимание в энергоэффективных домах уделяется высокому уровню герметичности ограждающих конструкций и их усиленной теплоизоляции. Рассмотрим эти мероприятия более подробно:

• Герметичность предотвращает неконтролируемый воздухообмен, что предотвращает бессмысленное растрачивание тепловой энергии. Данный подход к конструктивным элементам позволяет снизить теплопотери в 20 раз по сравнению с обычным домом. Это подтверждается тепловизионным исследованием, которое показывает однородное распределение тепловых полей и повсеместное прогревание конструктивных элементов.
• Для минимизации влияния мостиков холода в узловых соединениях используются термовкладыши. Их монтаж должен производится с тщательным контролем герметичности. Отсутствие герметичности на холодных участках с термовкладышами может привести к обильному конденсату и последующему повреждению строительных конструкций.
• Для сохранения тепла внутри здания посредством утепления проектируются два наслоения теплоизоляции – внешнее и внутреннее. Такой прием позволяют одновременно не выпускать тепло из дома и не впускать холодный поток воздуха в помещения. Также внешняя теплоизоляция качественно устраняет мостики холода в ограждающих конструкциях дома.
• Окна в пассивном доме чаще всего состоят из стеклопакетов с двумя-тремя камерами, заполненные газами с низкой теплопроводностью (аргон, криптон).
• Говоря об инсоляции, важно учитывать, что подавляющее большинство окон должны быть обращены на юг для лучшего притока света и энергии. Это правило предполагает использование энергоэффективного архитектурно-планировочного решения, включающего в себя: правильную ориентацию по сторонам света и розе ветров; выбор энергоэффективной формы строения; энергетически правильное расположение буферных зон.
• Теплоизоляция кровли выполняется из эффективных утеплителей толщиной более 300 мм.
• В пассивном доме фундамент представляет собой «тепловой колокол», вокруг которого создается тепловое поле, а специальная пленка, заложенная в основание, защищает от грунтового радона.

Выделяя конструктивные особенности энергосберегающего дома, можно отметить, что одна из основ технологии — это максимальная теплоизоляция и герметичность.

Технология пассивного энергосбережения

Мы уже выделили, что теплоизолированная конструкция — это одна из технологий пассивного дома. Для достижения полного эффекта она должна быть дополнена рядом инженерных решений по аккумуляции тепла, использованию энергии солнца и тепла, приточно-вытяжной вентиляции с очисткой впускаемого воздуха и рекуперацией тепла.

Обязательными элементами технологического обеспечения пассивного дома являются:

• Приточно-вытяжная механическая вентиляции с рекуперацией тепла и системой подземных воздуховодов.
• Система отопление дома.

Вентиляция с системой рекуперации – это вентиляция, которая использует теплообменник для нагрева входящего воздуха за счет тепловой энергии исходящего воздуха или грунта.

Комплексная система отопления, вентиляции и кондиционирования по сравнению с конвекционным способом отопления экономно расходует ресурсы. Однако не всегда такая система применима. В регионах с очень высокими или очень низкими температурами, либо там, где часто происходят температурные перепады остается актуальным традиционное отопление и охлаждение.

Уникальность такой пассивной системы заключается в том, что при проектировании и строительстве не нужно ориентироваться на доступность газовых сетей и теплоцентралей. Для пассивного дома нужна только вода (централизованная или скважина) и электроэнергия. Причем линии с мощностью 10 кВт будет вполне достаточно для приготовления пищи, отопления, кондиционирования, вентиляции, снабжения горячей и холодной водой. Важно отметить, что в экстренных ситуациях (отключение электроэнергии) пассивный дом остывает на 1 °С в сутки при температуре наружного воздуха -15°С. Это достигается аккумулированием тепла посредством усиленного утепления стен и перекрытий.

Повысить энергобезопасность пассивного дома можно дополнив инженерное оборудование традиционными печами, тепловым насосом, солнечным коллектором для подогрева воды, солнечными батареями, ветроэлектростанцией.

Теплоизоляция дома

Технология пассивного домостроения при теплоизоляции дает возможность комбинировать различные материалы в сочетании с системой вентиляции и архитектурными приемами (расчет скатов кровли, позиционирование на участке).

Учитывая множественность реализации благодаря широкому выбору современных материалов, стоит все же четко понимать, что отличия пассивной технологии от зданий традиционной застройки существуют. И они выражены, как отмечалось ранее, более высокой герметичностью и мощной теплоизоляцией пассивного дома.

Стены энергоэффективных зданий, как пример, могут быть выполнены из ячеистых блоков, толщиной 400 мм, утепленных снаружи минераловатными или пенополистирольными плитами толщиной более 200 мм. При этом стоит отметить, что противоречивый вопрос «дышащих стен» для рассматриваемой технологии можно смело опустить. Все излишки влаги должны выводится посредством сбалансированной системы вентиляции.

Для наглядности сравним коэффициенты теплопередачи у обычного и пассивного дома:

Обычный дом	Пассивный дом
Крыша: U = 0,15 — 0,25; R = 3,8 — 4,2	Крыша: U ≤ 0,15; R ≥ 6,7
Окна: U = 1,6; R = 0,63	Окна: U ≤ 0,8; R ≥ 1,25
Стены: U = 0,2 — 0,3; R = 3,5 — 5,0	Стены: U ≤ 0,15; R ≥ 6,67
Фундамент: U = 0,3 — 0,35; R = 2,86 — 3,3	Фундамент: U ≤ 0,15; R ≥ 6,67
Коэффициент теплопередачи U (Вт/(м² × K)) показывает, какое количество тепловой энергии (Вт × с) проходит через один квадратный метр поверхности однородной ограждающей конструкции за 1 секунду при заданной разности внешней и внутренней температур в 1 K. Коэффициент теплопередачи показывает, насколько хорошо элемент конструкции (крыша, стена, пол) проводит тепло. Чем ниже этот показатель, тем хуже пропускается тепло и тем лучше теплоизоляция.
Сопротивление теплопередаче R ((м² × K)/Вт) представляет собой величину, обратную коэффициенту теплопередачи U, и описывает, насколько хорошо конкретный материал сопротивляется передаче тепла. Чем выше сопротивление теплопередаче, тем лучше теплоизоляция.

Высокий уровень теплоизоляции не только сокращает потребности пассивного дома в энергии, но и способствует поддержанию повышенной температуры внутренних поверхностей в помещении зимой, и пониженной температуры – летом. В пассивном доме повышается тепловой комфорт и устанавливается приятный равномерный климат внутри помещения.

Окна как элемент пассивного энергосбережения

Коэффициент теплопередачи теплых окон для пассивных домов, как правило, не превышает 0,75 — 0,8 Вт/(м² × K). В их конструкции используются 2 или 3 камерные стеклопакеты, заполненные низкотеплопроводным аргоном или криптоном.

 

Так как в пассивном доме проветривание помещений не требуется, соответственно и конструкция окон, если это необходимо, может не предусматривать функции проветривания. При проектировании также важно учесть возможные размеры окон в зависимости от их ориентирования. Оконные конструкции, выходящие на юг, могут быть больше, чем те, что ориентированные на север. При монтаже окон в проемы необходимо добиться максимальной герметичности и утепления примыканий.

За счет специального покрытия на стеклах окна в пассивном доме работают как солнечные аккумуляторы. Данное покрытие пропускает коротковолновые солнечные лучи, и служит защитой от инфракрасных длинноволновых лучей, обеспечивая, таким образом, оптимальное накопление солнечного тепла.

Отопление энергосберегающего дома

Метод рекуперации тепловой энергии — это оптимальная технология для пассивного дома, тесно связанная с системой вентилирования. При данном способе организации отопления используется теплообменник для нагрева входящего воздуха за счет тепловой энергии исходящего воздуха или грунта. Современные теплообменники способны использовать от 75 до 95% тепла вытяжного воздуха. А при сильных морозах можно дополнительно задействовать обычный радиатор для лучшего прогрева воздуха. Достоинством такой системы является летний режим работы, когда жаркий уличный воздух охлаждается за счет температуры грунта, которая практически постоянна на протяжении всего года.

Пассивный дом также может отапливаться электрическими конвекторами, каминами, печами, тепловым насосом, солнечным коллектором, ветряной электростанцией, солнечными батареями или комбинацией из нескольких вариантов. Горячее водоснабжение осуществляется посредством тепловых насосов или солнечных коллекторов (возможен и более традиционный резервный источник).

При грамотном позиционировании и техническом оснащении такому дому для отопления не требуется практически ничего. Теплопотери через ограждающие поверхности здесь не превышают 15 кВт ⁄ ч с 1 м² отапливаемой площади в год, что практически в 5 — 7 раз ниже, чем в обычных зданиях.

Вентиляция пассивного дома

Вентиляция помещений выветривает от 30% до 60% тепла. И чтобы это не происходило, следует использовать рекуператоры.

Схема приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла и грунтовым теплообменником:

1) Вытяжной воздух, +20 °С
2) Рекуператор
3) Свежий воздух после грунтового теплообменника
4) Приточный воздух после рекуператора, +18 °С
5) Свежий воздух, -15 °С
6) Грунтовый теплообменник
7) Удаляемый воздух после рекуператора

В системе энергоэффективной вентиляции могут применятся три вида рекуператоров:

• Пластинчатые. При вентиляции с применением такого рекуператора с перекрестными потоками вытяжной воздух проходит через канал и отдает тепло верхней и нижней пластине теплообменника. Свежий воздух, поступающий с улицы, поглощает тепло пластин, нагревается и
  подается в жилые помещения. Таким образом, накопленное тепло не выветривается, а возвращается в помещение. Благодаря принципу противотока температурный перепад может быть устранен почти на 100%.
  Рекуператоры применяются и в системе водоснабжения для использования части тепловой энергии отработанной воды для подогрева свежей. Такое оборудование позволяет восстанавливать до 60% энергии сливных вод.
• Роторные. В основе таких устройств находится вращающийся барабан (ротор), выполняющий функции теплообменника. Если температура наружного воздуха ниже, нежели в помещении, вытягиваемый из него воздух нагревает ротор, который при вращении отдает полученное тепло наружному воздуху, таким образом осуществляя его подогрев. Воздушные потоки проходят через рекуператор по разделенным вентиляционным каналам, что позволяет практически полностью избежать их смешивания, а теплообмен осуществляется исключительно через вращающийся барабан.
• С промежуточным теплоносителем. Такая система состоит из двух теплообменников. Один из теплообменников помещен в канал с потоком вытяжного воздуха и получает теплоту от него. Теплота через теплоноситель с помощью насоса и труб переносится в другой теплообменник, расположенный в канале приточного воздуха. Приточный воздух воспринимает это тепло и нагревается. Смешивание потоков в этом случае полностью исключено, но из-за наличия промежуточного теплоносителя коэффициент эффективности этого типа рекуператоров относительно низок и составляет 45-55%.

История пассивного дома

Развитие энергосберегающих построек началось у северных и сибирских народов, которые стремились построить свои дома таким образом, чтобы они эффективно сохраняли тепло и потребляли меньше ресурсов.

Современный проект энергосберегающего сооружения — кубическое здание в городе Манчестер в штате Нью-Гэмпшир (США, 1972 год). Его кубическая форма обеспечивала минимальную поверхность наружных стен, а площадь остекления не превышала 10 %. По северному фасаду отсутствовало остекление. На кровле здания были установлены солнечные коллекторы.

В 1979 году в городе Отаниеми (Финляндия) был построен комплекс «ECONO-HOUSE». Основные энергосберегающие решения данного здания:

• Эффективное использование внутреннего объема здания для минимизации площади ограждающих конструкций и уменьшения через них теплопотерь.
• Эффективная теплоизоляция ограждающих конструкций для уменьшения теплопотерь.
• Высокая теплоемкость ограждающих конструкций для накопления тепла и повышения теплоустойчивости здания.
• Аккумулирование тепла солнечной радиации в основании здания для снижения нагрузки на систему отопления.
• Применение вентилируемых окон для уменьшения теплопоступлений в летнее время и уменьшения теплопотерь в зимнее время.
• Минимальные утечки воздуха (герметичность здания) и низкий расход наружного воздуха в системе вентиляции для снижения затрат энергии на отопление здания.
• Эффективное освещение для снижения затрат электрической энергии.
• Система автоматического управления оборудованием климатизации и освещением для оптимизации и учета потребления энергии.

Широкое распространение направления экодом получило благодаря доктору Вольфгангу Файсту, основателю Института пассивного дома в немецком городе Дармштадт. В 1988 году он вместе с профессор Бу Адамсоном из Лундского университета (Швеция) представил концепцию оборудования пассивного дома.

За 20 лет в институте была проведена огромная работа по изучению факторов, влияющих на термостатирование (как при строительстве, так и при эксплуатации здания). Усовершенствованная база знаний стала основой технологии и позволила ей распространится не только в Германии, но и во всех странах Европы.

Преимущества пассивного дома

В завершение темы, выделим основные преимущества пассивного дома:

• Экономичность таких домов вырожено в низком энергопотреблении. Также у вас отпадают затраты на разводку водяного отопления, установку котельного оборудования, на подключение газа, размещение емкостей для хранения топлива.
• Энергонезависимость. Пассивный дом можно возвести в любом месте (вдалеке от газовых и тепловых сетей).
• Пассивные дома автоматически поддерживают комфортную температуру и влажность. Уникальный внутренний микроклимат создает атмосферу комфорта в помещениях.
• Считается, что такие дома полезны для людей, страдающих от аллергии.
• Только в пассивном доме имеется особенное преимущество — возможность отопления с помощью нагрева приточного воздуха. Благодаря ориентированной на потребность дома вентиляции очищенный свежий воздух намного более целенаправленно подается в жилые помещения (в спальни, гостиную, детские комнаты), в то время как отработанный, из туалета, кухни, ванной комнаты выводится наружу.
• Строительство такого дома может обойтись на 15-30% дороже обычной коробки, однако дополнительные затраты окупаются в течение 7-10 лет.