«Пассивные здания»: перспективы проектирования и строительства зданий с низким уровнем энергопотребления

Автор: А. Н. Дмитриев
Дата: 24.03.2005
«СтройПРОФИль» 2/1

После перехода на новые, повышенные нормативы по теплозащите ограждающих конструкций более 60% энергии, потребляемой при эксплуатации здания, приходится на отопление и вентиляцию, и поэтому большое внимание в программах энергосбережения сегодня уделяется вопросам совершенствования соответствующих инженерных систем зданий.

В наших современных, но, к сожалению, отнюдь не идеальных системах отопления, горячего водоснабжения и освещения жилых зданий сосредоточено сегодня до 40% потенциала энергосбережения в жилищно-коммунальном хозяйстве. Только в системах отопления из-за отсутствия средств регулирования непроизводительный расход тепла составляет 15-20%, а суточный расход горячей воды на душу населения превышает средние европейские нормы.

Сегодня экономия энергии в системах теплоснабжения зданий достигается при помощи учета, регулирования и комплексной автоматизации процессов теплоснабжения и теплопотребления. Большие резервы экономии открывает устройство в зданиях систем механической вентиляции с повторным использованием (рекуперацией) тепла, авторегулирование отопительных систем, установка приборов учета, измерительного и регулирующего оборудования в каждой квартире. За счет автоматизации систем инженерного обеспечения зданий можно добиться сокращения расходов тепла не менее чем на 20-30%.

Однако еще более значительную экономию дефицитного органического топлива может дать использование нетрадиционных возобновляемых источников энергии (НВИЭ). О перспективности этого направления ресурсосбережения в строительстве свидетельствует весьма успешный зарубежный опыт использования на нужды отопления и горячего водоснабжения солнечной и ветровой энергии, низкопотенциального тепла грунта, сбросных и геотермальных вод и т. д. Следует отметить, что ресурсы низкопотенциального тепла, содержащиеся в воздухе, воде и земле, практически неисчерпаемы.

В Европе уже давно «освоили» эту тему и пошли по пути создания так называемых «пассивных домов», или домов с низким уровнем энергопотребления, которые практически не зависят от централизованного теплоснабжения – настолько технически совершенными являются ограждающие конструкции и инженерное оборудование этих зданий.

Принципиальная схема инженерного оборудования «пассивного дома»



Вольфганг Файст – автор идеи «Пассив-хаус» – работал в IWU г. Дармштадт (Германия) с 1985 по 1996 гг.; в этот период институтом при его участии и практическом сопровождении была разработана концепция, и в начале 90-х гг. построены первые в Германии «пассивные дома».
Принципы «пассивного дома»:
– низкое энергопотребление (мощность системы отопления не более 15 Вт/кв. м общей площади);
– суперизоляция ограждающих конструкций (по сравнению с действующими нормативами);
– утилизация тепла вытяжного воздуха и канализационных стоков;
– использование нетрадиционных источников энергии (солнца, грунта и др.).
С тех пор в Германии таких домов построено более двух тысяч.

Еще раньше, в 1971 г., в Дании был построен прототип – так называемый «Зеро-хаус», или дом с нулевым энергопотреблением на нужды теплоснабжения, по проекту профессора Котцгарта, где для этих целей были применены солнечные коллекторы и грунтовые тепловые насосы.
В Швейцарии пошли дальше и по проекту доктора Енни построили дом с солнечными коллекторами и фотоэлектрическими панелями, которые удовлетворяют потребностям не только в тепле, но и в электрической энергии.

Как следует из результатов этих экспериментов, экономический эффект, получаемый за счет снижения эксплуатационных расходов, окупает в течение 7-10 лет увеличение размеров капитальных затрат на эту оригинальную систему энергосбережения.

После реализации в России II этапа энергосбережения в строительстве, результатом которого, например в Москве, для многоэтажных зданий стало снижение потребления энергии на отопление до уровня 95 кВт-ч/кв. м общей площади жилых домов-новостроек, со всей очевидностью встают вопросы: в каком направлении двигаться дальше и можно ли добиться новых успехов в экономии энергии в жилищно-коммунальном хозяйстве России?
Из приведенных выше примеров видно, что сегодня за рубежом бурно развивается программа строительства «пассивных зданий» и наблюдается активное вовлечение в энергосбережение объектов строительства и реконструкции нетрадиционных источников энергоснабжения, использующих энергию солнца, ветра, биомассы, низкопотенциального тепла грунта.

В Москве также осуществляется программа экспериментального проектирования и строительства зданий с низким энергопотреблением, частично использующих элементы «пассивных зданий»: повышенный уровень тепловой изоляции ограждающих конструкций, максимальную утилизацию тепла вытяжного воздуха и канализационных стоков, нетрадиционные источники энергии. В частности, в 2001 г. в Москве, в микрорайоне Никулино, построен экспериментальный 16-этажный жилой дом серии 111, в котором в качестве источника тепла для горячего водоснабжения вместо традиционного теплообменника в ЦТП применены грунтовые тепловые насосы и рекуператоры, утилизирующие тепло вытяжного воздуха. Общее теплопотребление дома по сравнению с наиболее массовой серией П44 сокращено на 42%.

В Москве на Палехской ул. построен первый 12-этажный жилой дом по системе «Пластбау» с ограждающими конструкциями в виде «оставляемой» пенополистирольной опалубки, которая одновременно является теплоизоляцией. На базе этого дома запланировано строительство еще трех домов с энергосберегающими мероприятиями в виде автономных источников теплоснабжения, систем рекуперации и т. д.

Теоретический теплотехнический расчет и результаты натурных исследований этого жилого дома показали, что теплотехнические характеристики его ограждающих конструкций удовлетворяют второму этапу энергосбережения, но имеют ряд особенностей:
1. Степень снижения удельного расхода энергии на отопление здания в сравнении со стандартным составляет 18%, что позволяет присвоить зданию повышенную категорию энергетической эффективности.
2. Данный эффект был получен лишь путем увеличения теплотехнических характеристик ограждающих конструкций.
3. Сохраняется большой потенциал энергосбережения за счет утилизации низкопотенциального тепла вентвыбросов и сточных вод, что на следующем этапе приблизит его к модели «пассивного здания».

В Москве, в новом жилом микрорайоне Куркино, запроектированы 2 комплекса так называемых «теплых домов» в виде таун-хаусов.
Экономические соображения инвестора наложили ограничения на размеры общей площади проектируемых квартир-секций (200-210 кв. м). Ширина корпуса блокированного «теплого дома» – 12-14 м, шаг поперечных межквартирных стен – 6,4 м.

Стоимость 1 кв. м общей площади «теплого дома» по сравнению с домами, строящимися по действующим нормативам, при высоте помещений 2,7 м всего на 13,3% выше, а расход энергии на отопление сокращается в 2,35-2,2 раза.

Начало экспериментов по использованию нетрадиционных источников энергии в теплоснабжении ряда энергоэффективных зданий относится к началу 90-х гг. ХХ в.

Это коттеджи в Филевском парке.
Затем была построена школа в Ярославской области, многоэтажный дом в Москве. Одной из организаций, имеющих практический опыт в реализации данного направления, является ОАО «Инсолар-инвест». Результаты экспериментов обобщены в виде концепции «Энергосбережение – XXI век». Основные положения концепции заключаются в более эффективном использовании энергоносителей в Москве за счет направления избыточной части электроэнергии в конденсационном цикле производства тепла на ТЭЦ на приводы тепловых насосов (при их широком использовании в городе для энергоснабжения энергоэффективных объектов городского строительства) вместо поставки «чистой» энергии в единую энергосеть РАО ЕЭС.

В этом случае эффективность выработки тепла возрастает на 56%, что может обеспечить городу в перспективе на 2020 г. экономию до 3,84 млн. т условного топлива в год.

Другими словами, внедрение технологий, использующих тепловые насосы, в городское хозяйство Москвы позволит обеспечить необходимый по расчетам Генерального плана развития города до 2020 г. прирост теплогенерирующих мощностей за счет внебюджетных средств инвесторов, не увеличивая при этом потребления первичного топлива (природного газа).

Работы по «пассивным зданиям» ведутся не только в России, но и в других странах СНГ. Например, исследованиями, проведенными в ГП НИПТИС, установлено, что для условий Республики Беларусь солнечной энергии, поступающей через энергоэффективные окна, при технически достижимых значениях сопротивления теплопередаче стен и 80-процентной эффективности воздушных теплоутилизаторов вполне достаточно для воздушного отопления жилых зданий или, по крайней мере, значительного сокращения продолжительности отопительного сезона (для систем с централизованным теплоснабжением). Расчетный срок окупаемости капиталовложений в строительство первого 5-этажного 4-подъездного «пассивного» жилого дома с энергопотреблением не более 30 кВтoч/кв. м в год для условий Минска составляет 6-7 лет.

Результаты экспериментального строительства «пассивных зданий» (зданий с низким энергопотреблением) предполагается обобщить в виде рекомендаций для проектировщиков и инвесторов, после чего можно будет приступить к массовому внедрению в строительстве.