Энергетически пассивный многоэтажный жилой дом
Passive Multistory Residential Building
Yu. A. Tabunschikov, Doctor of Engineering, President NP “AVOK”
M. M. Brodach, Professor at Moscow Architecture Institute, Vide-President NP “AVOK”
Keywords: Passive Building, heating building envelope, specific heat consumption
The European construction industry has been building so called passive buildings for over 20 years. These buildings received such name because their heating and cooling practically does not require active heating and cooling systems. This article talks about one such building – multistory residential building in Hamburg.
В европейской строительной практике уже более 20 лет осуществляется строительство так называемых пассивных домов. Свое название эти дома получили в результате того обстоятельства, что для их отопления или охлаждения практически не требуются системы активного отопления или охлаждения. Об одном из таких зданий – многоэтажном жилом доме в Гамбурге – рассказано в этой статьей.
Энергетически пассивный многоэтажный жилой дом
В европейской строительной практике, и особенно в Германии, Швейцарии, странах Скандинавии, Австрии и Франции, уже более 20 лет осуществляется строительство так называемых пассивных домов. Свое название эти дома получили в результате того обстоятельства, что для них практически не требуются системы активного отопления или охлаждения. К настоящему времени в Европе построено порядка 5000 пассивных домов, и темпы роста строительства таких домов составляют 100% в год. Удельная стоимость их строительства составляет 1150 евро/м2 и принимается в среднем на 14% дороже зданий, построенных по стандартам EnEV.
 |
Пассивный дом можно определить как здание с ультраминимальными теплопотерями, обладающее следующими характерными особенностями:
- Оболочка здания с высокими показателями теплозащиты и практически полным отсутствием «мостиков холода», в том числе в зонах оконных заполнений и в зонах примыкания балконных плит (оболочка-термос).
- Приточно-вытяжная механическая вентиляция с рекуперацией тепла удаляемого вентиляционного воздуха для подогрева приточного воздуха.
- Жилые помещения имеют преимущественно южную ориентацию с возможностью в холодный и переходный периоды обеспечения поступления солнечной радиации в помещения и аккумулирования ее в тепловом балансе.
- Оболочка здания практически воздухонепроницаема, но при желании имеется возможность проветривать помещения путем открывания окон.
- В тепловом балансе помещения аккумулируются все внутренние бытовые и технологические тепловыделения.
В климатических условиях Западной Европы пассивные дома потребляют меньше 1,5 л жидкого топлива (или менее 1,5 м3 газа) на отопление 1 м2 жилой площади за отопительный период и более энергоэффективны, чем низкоэнергетичные здания. Пассивные дома позволяют сэкономить до 90% энергии, затрачиваемой на их теплоснабжение, по сравнению с традиционными зданиями в Центральной Европе, и около 75% энергии по сравнению с новым энергосберегающим домостроением.
Пассивные дома обеспечивают высокий уровень теплового комфорта в помещениях: температура внутренних поверхностей наружных стен и остекления незначительно отличается от температуры внутреннего воздуха.
В холодный период, когда температура наружного воздуха близка к расчетной, на отопление традиционных зданий необходимо расходовать примерно 100 Вт на м2 отапливаемой площади, а для пассивного дома – менее 10 Вт на м2 отапливаемой площади.
|
У нас
нет проблем в теплое время с остеклением южной ориентации: солнце
стоит высоко, нет значительных теплопоступлений в помещения. У нас
есть проблемы в теплое время с остеклением восточной и западной
ориентации: солнце в утренние и вечерние часы стоит низко
и обеспечивает значительные теплопоступления в помещенияВ России опубликована монография Вольф-ганга Файста «Основные положения по проектированию пассивных домов» [1], перевод с немецкого с дополнениями под редакцией А.Е. Елохова, содержательное и интересное предисловие к которой написал В.В. Целиков. В монографии приведены описания примеров малоэтажных зданий, выполненных в стандарте «пассивный дом» в Германии.
| Joachim Reinig | ||||
Архитектор Joachim Reinig окончил в 1976 году Колледж изящных искусств в Гамбурге и несколько лет работал в офисе ландшафтной архитектуры и строительных исследований. В настоящее время является членом палаты архитекторов Гамбурга. С 2008 года – в составе руководства Европейской ассоциации строительных мастеров. Известны его работы по сохранению памятников архитектуры: жилых домов эпохи Вильгельма, многих неоготических церквей и главного храма Гамбурга – собора Святого Михаила.
|
Самый высокий пассивный дом в Европе
Многоэтажный жилой дом, который относится к пассивным зданиям, построен в портовой части Гамбурга (Германия), в районе морского порта Hafencity. Это самый высокий пассивный дом Европы. Он имеет 45 квартир, шесть жилых и два подземных этажа для стоянки автомобилей. Разрез дома представлен на рис. 1. Дом был построен восемь лет назад и сразу планировался как кооперативное здание. Инвестором являлась мэрия города. Строительству предшествовали общественные обсуждения будущих жителей, начиная с выбора площадок для детей и для выгула животных. Затем были обсуждены представленные архитектором концепции пассивного дома и его объемно-планировочные решения.
Высота потолка жилых комнат – 2,5 м, а коридора за счет подвесного потолка – 2,25 м.
Жилые помещения дома имеют преимущественно южную ориентацию в сторону гавани (рис. 2).
 |
Рисунок 2. Вид из окна на гавань |
Теплоснабжение дома
Отопительный период в климатических условиях Гамбурга продолжается с начала ноября по конец марта.
Теплоснабжение дома осуществляется от котельной, расположенной в чердачном помещении, работающей на газе. Фотоэлектрические панели вмонтированы в фасадные солнцезащитные ставни.
Удельное теплопотребление дома на отопление и вентиляцию за отопительный период равно 15 кВт·ч/м2.
Выбросы CO2 в пассивном доме соответствуют требованиям XXI века.
Пассивный дом позволяет снизить связанное с энергопотреблением отрицательное воздействие на окружающую среду в 10 раз.
|
Ограждающие конструкции
Наружные стены* – двухслойная конструкция с утеплителем из пенополистирола толщиной 0,3 м.
Остекление* – двухкамерные стеклопакеты с двумя слоями низкоэмиссионного покрытия и заполнением межстекольного пространства инертным газом.
Окна в доме обладают настолько высокой теплозащитой, что нет необходимости ставить под ними отопительные приборы для защиты от ниспадающих потоков холодного воздуха. В Европе существует более 40 наименований окон «Пассивный дом – окна».
 |
Рисунок 3. Тепловизионное изображение дома |
На рис. 3 представлено тепловизионное изображение наружной оболочки пассивного дома, из которого следует, что эта оболочка обладает высокими показателями теплозащиты и, самое главное, полным отсутствием «мостиков холода». Кроме того, изображение подтверждает высокий уровень теплозащиты заполнения световых проемов, если сравнить изображение на представленном рисунке с изображением оболочки дома, расположенного левее. Следует отметить, что в настоящее время в отечественных нормативных документах нормируется так называемое приведенное сопротивление теплопередаче, в европейских – влияние теплопроводных включений, что, на наш взгляд, является более обоснованным для повышения общей теплозащиты ограждения и борьбы с локальными теплопотерями.
|
Балконы крепятся на металлических колоннах по высоте дома, чтобы они не имели жесткой связи с каркасом дома и таким образом не являлись «мостиками холода».
Особое внимание архитектор уделил конструкции балконов: их размеры, глубина и высота ограждающих конструкций выбирались из условия обеспечения затенения светопроема от падающей солнечной радиации в летнее время и свободного ее поступления в помещения в осенне-весенний и зимний периоды.
|
 |
Рисунок 4. Крепление балконов на металлических колоннах |
Система отопления
Система отопления водяная двухтрубная.
Мнение хозяйки трехкомнатной квартиры: «Зимой в квартире замечательная комфортная температура: отопление иногда работало только потому, что у нас был бритый кот».
Расходы на отопление трехкомнатной квартиры составляют менее 40 евро/год.
Теплосчетчики в доме не установлены, т.к. их установка, поверка и обработка результатов измерения обходятся дороже, чем затраты на отопление.
Лестничные клетки обогреваются за счет теплопотерь через ограждающие конструкции, отделяющие помещения лестничной клетки от жилых помещений.
 |
Рисунок 5. Фильтр, устанавливаемый в систему вентиляции |
Вентиляция
Вентиляция в доме центральная механическая приточно-вытяжная, с рекуперацией теплоты удаляемого вентиляционного воздуха. Теплообменник системы вентиляции смонтирован в чердачном помещении, но для каждой квартиры устанавливается дополнительный водяной нагреватель для догрева приточного воздуха.
Система вентиляции осуществляет непрерывную подачу свежего воздуха, обеспечивая высокое качество внутреннего воздуха.
Пол технической комнаты, где расположено вентиляционное оборудование и насосы, не имеет жесткого соединения с ограждающими конструкциями, что исключает распространение шумов от работы оборудования по помещениям здания. Обычно наиболее шумными в квартирах являются помещения для детей, и возникающие здесь шумы распространяются через щель в нижней части дверей по квартире. Чтобы исключить распространение этих шумов, дверь не имеет щели в нижней части, а приток и вытяжка воздуха осуществляются через клапаны, расположенные в верхней части ограждающей конструкции (рис. 6).
 |
Рисунок 6. Воздушные клапаны, установленные над дверными проемами |
При температуре наружного воздуха –10 °C подогрев приточного наружного воздуха за счет утилизации теплоты удаляемого внутреннего воздуха осуществляется до +14…+15 °C. Как правило, утилизируется до 90% теплоты удаляемого воздуха.
При температурах наружного воздуха –5 °C и ниже осуществляется электроподогрев наружных выбросных вентиляционных отверстий, чтобы защитить их от замораживания.
Фильтры для очистки приточного наружного воздуха меняются два раза в год. С учетом того, что здание расположено в портовой части города и воздух содержит в своем составе соли морской воды, к фильтрам предъявляются требования сохранять работоспособность в условиях солесодержащего воздуха.
|
Горячее водоснабжение
На крыше дома установлены солнечные коллекторы для приготовления горячей воды в летнее время и имеются два бака-аккумулятора емкостью 1000 л каждый.
 |
Рисунок 7. Бак-накопитель горячей воды |
В доме отсутствует циркуляция воды в системе горячего водоснабжения, и за счет этого экономится электроэнергия, обычно затрачиваемая на рециркуляцию. По словам архитектора дома, «первый, кто утром включает теплую воду, спускает холодную, “которая ничего не стоит”. Этот процесс продолжается примерно 3 мин».
В заключение статьи считаем целесообразным привести исследования В.В. Целикова из предисловия к монографии [1], в котором дан анализ возможностей строительства пассивных зданий в России.
Авторы имеют удовольствие выразить глубокую признательность архитектору Joachim Reinig за проявленное им внимание к нашей просьбе ознакомиться с пассивным домом. С этой целью он лично в течение нескольких часов знакомил авторов с самым высоким пассивным домом в Европе.
«По поводу пассивных зданий встречается утверждение – “все это дорого и не окупается”. Действительно, первые пассивные дома были заметно дороже обычных аналогов. Но с ростом числа реализованных проектов и при переходе к застройке пассивными домами районов, поселений издержки были заметно снижены, особенно это проявилось при заводском изготовлении стеновых панелей. Д-р В. Файст прозорливо заметил (2001 г.), что стоимость вентиляционной системы с рекуператором будет снижаться. Разница действительно весьма заметна, если сравнить приведенные в книге и текущие цены таких систем. Незначительное, в пределах нескольких процентов, превышение стоимости пассивных зданий над обычными объясняется и работой архитекторов, которые успешно проектируют пассивные здания простой геометрии, без архитектурных излишеств. Это дешевле и одновременно соответствует теплотехническим требованиям. Другое заблуждение связано с утверждением: “Пассивный дом – это хорошо и доступно”. Строительство таких домов в заметных масштабах и переход к массовому производству потребует создания современной технологической базы. Переход к индустриальному производству, к сборке домов из готовых узлов заводского изготовления займет годы и десятилетия. Можно ли “пассив хаус”, оптимизированный для климатических условий Германии и Средней Европы, непосредственно применить для той части России, где проживает основная часть ее населения? За исключением отдельных областей, ответ скорее будет отрицательным. Необходимо вносить серьезные изменения, хотя главные принципы остаются (усиление теплоизоляции, эффективные окна и вентиляционная система с рекуператором). Пассивный дом предполагает максимальное использование солнечной радиации. Зимой в Германии баланс теплопоступлений на энергоэффективных окнах дает основной вклад в восполнение теплопотерь здания, если применить окна большой площади на его южной стороне. При этом тепловая оболочка и вентиляционная система должны соответствовать стандартам пассивного дома. Это сочетание позволяет совместить вентиляцию и отопление путем незначительного нагрева приточного воздуха, не превышая при этом относительно небольшую нагрузку, величиной до 10 Вт/м2. Такое упрощение системы отопления дает заметный выигрыш в стоимости. В дополнение к этому, удельный расход тепловой энергии на отопление не должен превышать 15 кВт·ч/м2. Такова в общих чертах формула пассивного дома. В условиях, например, Московского региона облик системы отопления определяют невысокая интенсивность солнечной радиации и низкие температуры (включая наиболее холодную пятидневку) в зимние месяцы. Соответственно, воздушное отопление посредством нагрева воздуха после теплообменника вентиляционной системы, как в пассивном доме, будет достаточно только в отдельные периоды отопительного сезона. Основные зимние месяцы потребуют дополнительного отопления либо отдельной системы, не совмещенной с вентиляционной. Следующий критерий для пассивного дома – достижение величины удельного расхода тепловой энергии на отопление не более 15 кВт·ч/м2 за отопительный период, достижим в наших условиях, но со значительным оговорками. При этом, кроме точного проектирования и изготовления, желательно поставить теплоизолирующие ставни на окна и тем решить проблему ночных теплопотерь через окна в зимние месяцы. Разумеется, дополнительные проветривания (путем открытия окон) недопустимы, потребуется выполнить все обязательные мероприятия по герметизации, отсутствию тепловых мостов и т.д. С учетом всех реалий, в наших условиях строительство такого здания будет носить штучный характер. Следует ли стремиться к достижению столь низкой величины удельного расхода тепловой энергии на отопление – 15 кВт·ч/м2? Ведь наш норматив по горячему водоснабжению превышает 100 л/чел. в сутки, что примерно в 4…5 раз больше, чем в пассивном доме (норматив на горячее водоснабжение в пассивных домах соответствует нормам, принятым в Германии). При высоком расходе горячей воды (более 100 л/чел. в сутки), расход тепловой энергии на горячее водоснабжение оказывается сравнимым с расходом на отопление и даже может его значительно превысить. Однако отказать жителям самой холодной страны мира в ванне с горячей водой едва ли правильно. Со временем придется снижать потребление горячей воды, а в долгосрочной перспективе утилизировать тепло использованной горячей воды в пределах здания. Поэтому вполне достойной для освоения представляется величина удельного расхода на отопление 25…35 кВт·ч/м2, или примерно три литра жидкого топлива на отопление 1 м2 (так называемый “трехлитровый дом”). Это не “пассив хаус”, но применение главных принципов здесь также обязательно. Для таких домов и этой тематики еще предстоит найти свое название. Например, энергоэкономичный дом с трехлитровым потреблением и тому подобное. Но богатый опыт Института пассивного дома безусловно необходимо осваивать: решения конструкции и узлов, приемы, методики теплофизических испытаний, результаты сертификационных испытаний узлов и так далее». |
Литература
- В. Файст. Основные положения по проектированию пассивных домов.– М. : Издательство Ассоциации строительных вузов, 2008.
* Подробную информацию о конструкциях стен, стыковых соединениях и конструкциях оконных заполнений содержит монография [1].
Статья опубликована в журнале “АВОК” за №1'2013
Статьи по теме
- Тепловой микроклимат помещения. Оценка и проектирование
АВОК №4'1999 - Опыт проектирования и эксплуатации инженерных систем новых высотных комплексов Москвы
АВОК №2'2005 - Инженерные системы малоэтажных зданий. Часть 1. Теплоснабжение
АВОК №1'2014 - Котельное оборудование для автономного отопления домов и коттеджей
Энергосбережение №5'2002 - Тепло- и холодоснабжение современного коттеджа
Энергосбережение №7'2010 - Модернизация, умные технологии, декарбонизация – инструменты повышения энергоэффективности
Энергосбережение №2'2020 - Соответствие стен из автоклавного газобетона современным требованиям по тепловой защите зданий
Энергосбережение №3'2016 - Энергоэффективные окна – важнейший элемент для достижения домом нулевого энергопотребления
Энергосбережение №8'2024 - Принципы устройства систем отопления, вентиляции, кондиционирования воздуха, тепло- и холодоснабжения в зданиях культовой архитектуры
АВОК №1'2000 - Строительные концепции зданий XXI века в области теплоснабжения и климатизации
АВОК №4'2005
Подписка на журналы
