Энергосберегающие стены

Кому это надо? И как это работает

Энергосбережение в строительстве требует не малых затрат затрат — от 5% до 10% от стоимости объекта строительства.

Тем не менее, внедрение энергосберегающих технологий на этапе застройки не только повысит уровень комфорта в помещениях, но поможет в дальнейшем экономить энергоресурсы и снизить затраты на их использование.

Реализация мероприятий по повышению энергетической эффективности во время строительства, увеличивает стоимость строительства в сравнении с традиционными технологиями возведения зданий.

Однако, подробный экономический расчет показывает, что понесенные на этапе затраты окупаются в течение 5-8 лет.

Происходит это за счет экономии во время эксплуатации домов и оплаты коммунальных услуг.

К тому же, благодаря энергосбережению при строительстве, можно одновременно создать более комфортные условия для проживания людей.

Рассмотрим, как именно современные технологии строительства и энергосбережения позволяют в итоге добиться высокой энергоэффективности построек.

Технологии строительства энергосберегающего дома

При строительстве пассивного дома применяют как традиционные материалы (дерево, кирпич), так и нетрадиционные строительные блоки из вторичного сырья. И конечно, большое количество домов строится из современных материалов с малой теплопроводностью.

Тепло из строения выходит через ограждающие конструкции – стены, пол, крышу и окна. При строительстве пассивного дома используется несколько слоев теплоизоляции. Она препятствует проникновению холода из внешней среды и потерям тепла из самого здания. При строительстве утепляются все ограждающие конструкции, что снижает потери тепла в 10-20 раз.

В отличие от традиционной вентиляции зданий, в пассивном доме весь воздух проходит через систему рекуперации. Это позволяет забрать отработанное тепло и вернуть его обратно в помещения, а не выпускать наружу.

Большое внимание уделяется окнам. При строительстве применяются 2-3 камерные стеклопакеты, а стыки между окнами и стеной тщательно герметизируют и утепляют. Зачастую используются различные размеры окон, зависящие от стороны света (самые большие окна выходят на юг).

Теплоизоляция

Теплоизоляция – ключевой аспект вопроса энергосбережения в строительстве.

Это достигается за счет применения современных качественных теплоизоляционных материалов (пенополистирол) и строительных материалов с более низкой теплопередачей (газобетонные, керамзитобетонные блоки, поризованная керамика).

Также в системе утепления используется комплексная защитная термооболочка вокруг здания.

Утепляются конструкции фундамента, контактирующие с грунтом, скатные и плоские крыши, монтируются вентилируемые фасады, благодаря которым положительные температуры направляются в зону несущих конструкций.

Ориентация энергосберегающего дома на участке

Для строительства пассивного дома выбирается подходящее место. В идеале нужно выбрать такой участок, который будет максимально, насколько это возможно защищён от воздействия неблагоприятных внешних факторов. Но при этом должен иметь максимальное освещение солнечным светом.

Если участок выбирать не приходится, тогда нужно правильно расположить здание на имеющейся земле. В данном случае необходимо учесть множество факторов. Строение должно быть максимально ориентировано на юг. Свет солнца не должны загораживать соседские постройки, заборы, насаждения. Это необходимо, чтобы в любое время года – зимой и летом – солнечные лучи максимально попадали в дом и нагревали внутреннее пространство.

Прежде чем строить дом, необходимо получить в местном отделении гидрометцентра информацию о розе ветров. Это позволит определить самое ветряное направление и принять меры по защите здания. Это может быть высаженное зелёное заграждение, поставленный забор, соседский дом или любое другое эффективное решение. Барьерная защита дома от ветра исключит выдувание тепла из здания, уменьшит теплопотери.

Энергоэффективность при установке окон

Известно, что значительные потери тепла происходят по причине установки негерметичных окон.

Поэтому сегодня в качестве основной энергосберегающей меры в строительстве применяется остекление высокого качества (например, тройные стеклопакеты, заполненные инертным газом).

Также на рынке появилась и другая эффективная технология – «тепловое зеркало».

Ее суть в следующем: между обычными стеклами внутри стеклопакета натягивается полимерная прозрачная мембрана с низкоэмиссионным покрытием.

Ее толщина 0,075 мм.

Задерживая тепловое излучение, «тепловое зеркало» практически не снижает способность конструкции пропускать свет.

Вакуумные стеклопакеты – еще одна инновация.

Между двумя стеклами толщиной 4 мм остается зазор около 0,5 или 0,7 мм, из которого впоследствии откачивается воздух.

Известна также конструкция стекла, вырабатывающего электрический ток.

Стекло покрывается особым полимерным составом, благодаря чему работает как солнечная батарея.

В сравнении с другими ограждающими конструкциями окна являются наибольшим источником потерь тепла из помещения.

Как правило, использование энергосберегающих технологий при их изготовлении позволяет существенно повысить энергетическую эффективность всего здания.

Форма пассивного дома

Очертанию здания и экстерьеру в целом предъявляется не меньше требований, чем к выбору участка, где будет расположено строение. Любой дом теряет тепло через ограждающие поверхности, чем больше их площадь – тем сложнее прекратить этот процесс. К ограждающим поверхностям относятся все наружные конструкции: стены, пол, крыша, окна, двери.

Поэтому все проекты пассивных домов рассчитываются таким образом, чтобы при сохранении максимально полезного внутреннего объёма, площадь наружных поверхностей была минимальной.

Отсюда все проекты пассивных домов делают очень компактными, без лишней вычурности и роскоши в экстерьере. Здесь недопустимы одноэтажные здания с большим пятном застройки, излишние архитектурные решения в виде эркеров и балконов. Также проекты лишают внутренних углов и сложной геометрии вообще. Чаще всего такие дома оснащаются односкатной крышей, что позволяет экономить на строительных материалах, упрощать конструкцию кровли, удалять мостики холода, а также обеспечивает максимальную инсоляцию внутренних помещений.

Размещение окон, их размер и количество также строго регламентируется. Окна в пассивном доме являются как способом потери тепла, так и способом его аккумулировать. Конечно, сами окна не могут накапливать энергию, зато они пропускают солнечный свет, который освещает и обогревает внутренние помещения, а при должном обустройстве внутренних перегородок, ещё и аккумулируется.

Окна в энергосберегающем доме располагаются по следующему принципу:

• Максимальное количество окон (до 70-80%) на южном фасаде здания. Количество и размер подбирается таким образом, чтобы солнечные лучи в любое время года (зима и лето) проникали максимально глубоко в помещение, в идеале – доставали дальнюю стенку, нагревая её;
• Восточная (20-30%) и западная (0-10%) сторона оснащается окнами в меньшей степени. Они почти не способствуют получению энергии, а больше нужны для естественного освещения. С ветряной стороны количество окон должно стремиться к нулю;
• Северный фасад здания делается глухим. Солнца с той стороны практически не бывает, поэтому окно будет выполнять только функцию теплоотдачи.

Пассивный дом предполагает использование только специальных окон – энергосберегающих. Такие окна оснащены двух- и трёхкамерными стеклопакетами. Также отдельное внимание уделяется их установке.

На этом видео можете посмотреть пример оборудования полностью независимого от внешних систем электроэнергии пассивного дома.

Солнечный дом

Помимо прочего, на сегодняшний день энергосбережение в строительстве реализуется благодаря использованию активной и пассивной энергосберегающих систем «солнечного» дома.

Пассивная система заключается в применении специальных архитектурных приемов на этапе проектирования:

• строительство дома по оси юг – север,
• избегание затенения южной стены,
• устройство тепловых тамбуров на входе,
• термоизоляция наружных стен,
• использование помещений с верхним дневным светом, выполняющих функцию тепловых аккумуляторов.

Активная система энергосбережения предусматривает использование

• тепловых солнечных коллекторов,
• солнечных батарей,
• автоматическое регулирование тепловых и световых режимов.

Однако такие системы возведения «солнечного» дома не всегда актуальны при строительстве многоэтажных домов.

В многоэтажках в качестве энергосберегающих мер применяются, например,

• усовершенствованные теплоизоляционные материалы,
• устанавливаются индивидуальные тепловые пункты с возможностью автоматической регулировки подачи тепла,
• системы управления освещением с датчиками присутствия.

Все это мы рассмотрим в детальном обзоре, который следует далее.

Внутренняя планировка пассивного дома

Также будет отличаться от планировки обыкновенного коттеджа. Проектировщики энергосберегающих зданий ставят во главу правила фэн-шуй. И даже неудобство потребителей (хотя этот фактор полностью учтен), а принципы сохранения тепла и энергии, и больше того – их аккумуляции.

Для этого все помещения в доме должны быть разделены на две части – жилую, к которой будут относиться спальные комнаты, гостевые, гостиная, детские. И буферную – это те помещения, которые делают жизнь комфортнее: кухня, санузлы, кладовые и подсобные помещения, гардеробные, холл, прихожая.

Идеальной планировкой будет считаться такое расположение этих помещений, которое обеспечит нахождение жилой зоны в юго-восточной части здания, а для всех остальных помещений оставит северную и западную части дома. Чем менее значительным будет помещение, тем ближе к северной стене оно может располагаться.

Кроме этого, отличительной чертой планировки помещений в пассивном доме можно назвать небольшую общую площадь каждой комнаты. Играет роль не конкретные размеры, а удаленность помещения от окна вглубь дома. Чем дальше от окна будет располагаться противоположная стена, тем сложнее будет прогреть помещение естественным солнечным светом, а также аккумулировать излишки энергии.

Согласно расчётам, идеальной формой пассивного дома признана полусфера, стоящая срезом на земле. На практике создать такую конструкцию крайне сложно, поэтому энергосберегающие дома пытаются создать более привычной формы. Но при сохранении классических форм и знакомых очертаний интерьера, необходимо обеспечить проникновение солнечных лучей как можно глубже внутрь дома.

Энергосбережение в строительстве фундамента

По мнению экспертов в области строительства, одним из наиболее эффективных способов достижения энергоэффективности является использование правильных типов фундамента.

А также их утепление с помощью современных теплоизоляционных технологий.

Наиболее перспективным вариантом с точки зрения энергоэффективности в строительстве для малоэтажных домов является использование мелкозаглубленных оснований плитного типа или «утепленная шведская плита» (УШП).

В настоящее время УШП активно используется при строительстве в Европе.

И все чаще применяется и на территории нашей страны.

Если у вас есть вопросы или нужна помощь, звоните 8(499)490-60-60. Проконсультируем, поможем, подскажем.

Используемые строительные материалы

Для строительства пассивного дома могут применяться самые различные материалы. Здесь и дерево, и кирпич, и газобетон.Большое внимание уделяется не самим конструкционным материалам, а различным утеплителям и изоляторам. Именно от качества последних будет зависеть успех всего мероприятия.

Дом необходимо не только утеплить, чтобы удержать внутри накопленное тепло, но и герметизировать. Именно с этим пунктом чаще всего и возникают проблемы.

Утеплять нужно не только изнутри. Качественного утепления требует и наружные части здания. Речь идёт о стенах, кровле и фундаменте. Причем об утеплении последнего необходимо задумываться ещё на этапе закладки здания, сразу после завершения земляных работ.

На втором месте стоит качество самого утеплителя. Его количество необходимо выбирать в зависимости от конкретного региона, где строится дом, исходя из климатических особенностей.Количество утеплителя для дома в Сочи и в Северобайкальске будет абсолютно разным. Кроме элементарной толщины, необходимо смотреть на такие качества, как теплопроводность, паронепроницаемость и теплоотражающие свойства.

Утеплитель должен быть уложен качественно. Недопустимы расстояния между плитами утеплителя, разрывы и прорехи. Идеальным считается глухая монолитная укладка, чего очень трудно добиться на практике. Лучшие показатели в этом плане остаются у эковаты – современного жидкого утеплителя, созданного на основе переработанной бумаги. Она наносится на подготовленную поверхность методом распыления.

Для внутренней отделки здания лучше использовать натуральные материалы, способные притягивать солнечную энергию и аккумулировать её. Для этого можно использовать полнотелый кирпич или полнотелые бетонные блоки.Из них должны быть выложены внутренние перегородки. От классического гипсокартона лучше отказаться, так как он не обладает аккумулирующими свойствами.

Стены из полнотелого кирпича или бетона, отделанные глиняной штукатуркой, позволят не только накопить энергию солнечных лучей, полученную за день, но ещё и постепенно отдавать её обратно дому. Тёмный цвет стен, расположенных напротив окон, позволит сделать эту процедуру более эффективной. Для отделки фасада здания также рекомендуется выбирать более тёмные оттенки, чтобы притягивать солнечную энергию.

Энергосбережение при установке дверей

Ограждающие стены являются тем элементом дома, который напрямую контактирует с наружным воздухом.

Так что именно от их способности удерживать тепло зависит энергоэффективность всей постройки.

Это ощутимо как зимой, когда внутри работают приборы отопления, так и летом, когда воздух в помещениях охлаждается с помощью кондиционеров.

Для достижения комплексного эффекта от мероприятий по повышению энергоэффективности здания необходимо позаботиться и о дверях.

Сложности при проектировании и строительстве

Пассивный дом представляет собой стандарт энергоэффективности в строительстве, который позволяет экономно и экологически чисто, причиняя минимум вреда окружающей среде, поддерживать комфортность проживания. Потребление им тепловой энергии настолько мало, что или отпадает необходимость в установке отдельной отопительной системы, или её мощность и размеры невелики.

Расход энергии для нужд отопления такого дома за год не превышает 15 киловатт-часов на единицу площади. Расход энергии для нужд отопления, горячего водоснабжения и электроснабжения энергоэффективного дома не превышает 120 киловатт-часов на единицу площади.

Если сравнить показатели потребления энергии на отопление в ФРГ, которые регулируются постановлениями по тепловой защите и энергосбережению 2002 года (WSchVO и EnEV 2002), то просматривается прямая тенденция к его уменьшению на нужды отопления строений. Недавним постановлением EnEV, регламентирующим тепловую защиту в ФРГ, установлена норма годового расхода энергии на отопление новых и санируемых домов от 30 до 70 киловатт-часов на единицу площади.

Для сравнения, в Российской Федерации установлена норма годового расхода энергии на отопление для Москвы от 95 до 195 киловатт-часов на единицу площади. Фактический расход многократно превышает данные нормы.

Экодом обладает следующими преимуществами:

• Комфортность. Её обеспечивает постоянно поддерживающая приятный микроклимат, чистоту и свежесть воздуха особая инженерная система. Пассивный дом при этом приобретает сбалансировать температуры помещений.
• Энергосбережение. Если сравнивать обычное здание и дом пассивный, то последний отличается более чем десятикратным сокращением теплопотребления на отопительные нужды.
• Польза здоровью. Когда дом пассивный, на протяжении всего года все жилые помещения постоянно снабжаются свежим воздухом, нет сквозняков, повышенной влажности и отсутствует плесень.
• Экономичность. Если дом пассивный, то затраты на эксплуатацию его энергоснабжения остаются на низком уровне даже при росте стоимости энергии.
• Забота об окружающей среде. Когда дом пассивный, применение энергоэффективных технологий повышает уровень защиты окружающей среды.

Одной из характеристик энергоэффективного дома является энергетическая сбалансированность между вентиляционной либо трансмиссионной потерей тепла и его поступлением с солнечной энергией, внутренними источниками тепла и отоплением. Для баланса крайне важны такие составляющие, как оптимальная теплоизоляция отапливаемого объёма, компактность здания, пассивное использование поступлений тепла от солнечного излучения путём ориентирования большинства окон (до 2/5 площади фасада) на юг с допустимым отклонением в 30° и благодаря отсутствию затенения. Нелишним также будет использование бытовой техники с высоким уровнем энергоэффективности. Предполагается также нагрев воды с использованием теплового насоса или солнечного коллектора, пассивный подогрев воздуха грунтовым теплообменником. По сути, идеальный пассивный дом – дом-термос без отопления.

Как же достигается такой результат? Стандарт пассивного дома предполагает работу в пяти направлениях:

• Теплоизоляция. Изоляция внешних участков, особенно угловых, стыковых и переходных соединений и пересечений должна быть такой, чтобы коэффициент теплопередачи был меньше 0,15 Вт/м2·K.
• Отсутствие тепловых мостов. Желательно избегать включений, проводящих тепло. Специальная программа расчёта температурного поля позволит выявить и грамотно проанализировать неблагополучные места конструкций ограждения зданий с последующей их оптимизацией.
• Сертифицированные для пассивного экодома эффективные окна. Двойные низкоэмиссионные стеклопакеты, заполненные инертным газом, оптимальны для таких домов. Квалифицированная установка оконных конструкций.
• Механическая вентиляция с рекуперацией тепла (не ниже 75%) и герметичная внутренняя оболочка. Определение и устранение мест утечек обеспечивается проведением автоматизированных испытаний по воздухопроницаемости зданий. Комфортная вентиляция, управляемая пользователем. Установка земляного теплообменника.

В Европе строительный стандарт пассивного дома применяется массово, а в Российской Федерации проектирование и постройка энергосберегающих зданий лишь на стадии становления.

Домов, отвечающих требованиям стандарта энергоэффективности, здесь пока нет, однако уже есть строения, близкие к данному стандарту. Они воплощают в себе принципы, элементы, методики расчёта энергоэффективного дома.

Также, применительно к Российской Федерации, создана классификация строений по эффективности потребления энергии:

• пассивный дом – отопление потребляет менее 15, общий расход энергии за год – не больше 120 киловатт-часов на единицу плошади;
• дом со сверхнизким потреблением – годовой расход энергии на нужды отопления — 16–35, а общий расход энергии за год – менее 180 киловатт-часов на единицу площади;
• дом с низким потреблением энергии – строение с годовым расходом энергии на отопительные нужды — 36–50, а общим годовым расходом энергии – менее 260 киловатт-часов на единицу площади.

История развития

Середина 90-х годов двадцатого века ознаменовалась основанием в Дармштадте, ФРГ, товарищества «Пассивный дом». Архитекторы Вестермауер и Ботт-Риддер под руководством Вольфганга Файста спроектировали четырёхквартирный дом, прототипом которого стали все последующие энергосберегающие дома. Пассивный дом был построен в 1991 году при участии правительства Гессена. Годовое потребление здания на нужды отопления – менее 1 литра топлива на единицу площади.

Проектирование пассивного дома завершилось следующими конструкторскими решениями.

Наружные стены из силикатного кирпича толщиной 175 мм утеплены слоем пенополистирола толщиной 275 мм, внутри отделаны гипсовой штукатуркой толщиной 15 мм и трёхслойными обоями с последующей покраской.

Кровля покрыта гумусом, фильтрующим слоем, ДСП толщиной 50 мм, укреплена деревянными балками, изолирована полиэтиленовой плёнкой, утеплена слоем минеральной ваты толщиной 445 мм, отделана гипсокартоном и трёхслойными обоями с последующей покраской.

Перекрытие подвала, 160 мм железобетона, утеплено 250 мм пенополистирольных плит, 40 мм звукоизоляции, 50 мм цементной стяжки и до 15 мм паркета.

Окна с тремя стёклами, двусторонним низкоэмиссионным покрытием, заполненными криптоном камерами. Деревянные рамы с пенополиуретановой теплоизоляцией.

Рекуперация тепла реализована противоточным теплообменником в подвале дома. Впервые были применены двигатели постоянного тока с электронным переключением.

Горячее водоснабжение обеспечено плоскими вакуумными коллекторами площадью 5,3 кв. метра на квартиру (обеспечивают 66% потребности ГВС) и компактным настенным конденсационным котлом на природном газе. Трубопроводы системы ГВС проложены в теплоизоляционном слое и хорошо изолированы.

Контрольные замеры

По завершении постройки и сдачи здания были сделаны контрольные замеры расхода воздуха, тест давлением, круглосуточные замеры температуры и энергопотребления. Они подтвердили достижение поставленной цели.

Годовое потребление тепловой энергии на нужды отопления в 1991–1992 годах равнялось 19,8 киловатт-часам на единицу площади, что составило 8% потребления квартир обычного жилья. В 1992–1993 годах годовое потребление снизилось до 11,8 киловатт-часов на единицу площади (5,5% от потребления квартир, взятых для сравнения). Позже потребление снизилось до менее чем 10 киловатт-часов на единицу площади в год.

Показатели оказались настолько малы, что специалисты их долго неверно интерпретировали. Значительного снижения затрат энергии, составившего 90%, удалось достигнуть благодаря использованию высокоэффективной бытовой техники.

Немецкий опыт был заимствован финскими архитекторами и архитекторами из других стран Европы. С того времени в мире построено более 40 тысяч пассивных экодомов.

В Российской Федерации в Москве, Санкт-Петербурге, Нижнем Новгороде и Екатеринбурге реализуется или уже построено несколько объектов с применением основных стандартов, по которым строятся пассивные дома. Проекты некоторых из них будут рассмотрены далее.

Среди проектов индивидуальных строений с низким потреблением энергии можно выделить «Активный дом» в Московской области, теплоснабжение которого также пассивно.

Активные дома представляют собой строение с разным уровнем энергетической эффективности, но с большим комфортом, достигаемым с помощью автоматического управления микроклиматом дома системой «умный дом», использованием возобновляемых источников энергии и его экологической чистоты.

Проект был завершён в 2011 году. Представляет собой рассчитанное на 5 жителей строение площадью 229 квадратных метров, двумя этажами, каркасом из дерева, изолированным плитами из минваты ISOVER, мансардными окнами VELUX, толщиной внешних конструкций ограждения 550–650 мм, сопротивлением теплопередачи кровли и стен 12, пола 14 (м2·°C)/Вт. Кратность воздухообмена — 0,4 раза в час. Расход энергии только на отопление за год составляет 38, а весь расход энергии – 110 киловатт-часов на единицу площади в год.

Другим примером проекта со сверхнизким потреблением тепла для нужд отопления является экодом вблизи Нижнего Новгорода, завершённый в 2012 году.

Двухэтажное строение площадью 141 кв. метр, рассчитанное на четверых человек, представляет собой конструкцию в виде деревянного каркаса, изолированную плитами из минеральной ваты ISOVER, с оконным профилем REHAU GENEO, тремя стёклами, сопротивлением тепловой передаче стен 8,7, кровли 12,8, пола 8,9 м2·°C/Вт. Применена вентиляционная установка Zehnder с коэффициентом полезного действия рекуперации 84% и кратностью воздухообмена 0,3 раза в час. Годовой расход энергии на нужды отопления составляет 33 киловатт-часа на единицу площади.

С самого начала идея пассивного экодома предполагала то, что стоимость таких домов будет равной или немного дороже стоимости обычных. Смысл идеи заключался в дешевизне такого строительства, оптимальном соотношении цены–качества и быстрой окупаемости расходов.

Главной целью и проблемой является уравнивание стоимости постройки таких сооружений в Российской Федерации и постройки обычных домов. Смещение энергоэффективного дома из элитного в массовый сектор быстро не произойдёт. Это потребует, помимо обучения архитекторов, также и наличия необходимого уровня квалификации строителей, применения стройматериалов высокого качества и технологического уровня, оборудования и материалов с особыми характеристиками.

Энергосбережение при строительстве перекрытий

При рассмотрении вопроса о повышении энергоэффективности в строительстве большинство забывает о межэтажных перекрытиях.

Однако, ввиду особенностей распространения холодного и горячего воздуха, именно перекрытия могут стать «узким местом».

Которое, в итоге, сведет на нет все мероприятия по энергосбережению.

Особенно важно проводить мероприятия по улучшению энергоэффективности подвального и чердачного перекрытия.

Как правило, они контактируют с холодным воздухом в подвале и на чердаке.

Что, в результате, негативно отражается на КПД отопления.

Наиболее очевидная энергосберегающая технология – утепление.

К тому же, помимо повышения теплопроводности, с помощью утеплителей можно увеличить звукоизолирующие свойства этих элементов дома.

В результате, люди на втором этаже не будут слышать то, что происходит на первом.

А это, в свою очередь, увеличивает общий комфорт проживания в доме.