Екодім: історія, концепція, переваги. Екодім в Росії. Як вирішити проблему збереження тепла в енергозберігаючому будинку
Вчених і письменників-фантастів завжди хвилювало питання про будинки майбутнього ... Сьогодні дуже актуальне розмова про житло, що відповідає новим умовам і стилю життя сучасної людини. Природні ресурси планети вичерпуються, глобальне потепління наростає, а загальний енергетичний і економічний криза охопила всі країни. Тому так важливо берегти енергоресурси. Ветой статті ми почнемо розмову про енергозберігаючі будинках.
У жовтні 1973р. вибухнула світова енергетична криза, вперше який оголив накопичуються десятиліттями негативні наслідки хижацької видобутку викопного палива. Іскрою, запаливши криза, стало те, що арабські виробники нафти припинили її поставку країнам, які підтримували Ізраїль у збройному конфлікті проти Єгипту і Сирії. Світова ціна за 1 барель нафти зросла в 4 рази. Саме тоді вчені оголосили про розміри розвіданих запасів енергоресурсів Землі. Виявилося, що нафти, газу, урану вистачить лише на 50-70 років. Крім того, стали проявлятися катастрофічні результати розпочатого глобального потепління через постійне збільшення концентрації парникових газів в атмосфері. Житлові будинки і по сей день вносять сюди свій руйнівний внесок: антропогенне навантаження, що надається ними на навколишнє середовище, становить близько 40% від загальної. В70-х рр. ХХ ст. вчені і архітектори почали розробляти проекти перших в світі Екобудинку.
У грудні 1997р. в Японії за участю більш ніж 120 країн був підписаний Кіотський протокол до Рамкової конвенції ООН про зміну клімату. Мета- в період з 2008 по 2012р. знизити сукупний рівень викидів парникових газів на 7% за рахунок розвитку альтернативної енергетики без спалювання викопного палива і зниження тепловтрат. Росія 4 листопада 2004р. підписала Федеральний закон про ратифікацію Кіотського протоколу. Відповідність до цим законом пропонується обмежити сумарний середній рівень викидів шести типів газів, перелічених у Кіотському протоколі: двоокису вуглецю (СО2), метану (СН4), закису азоту (N2O), гідрофторвуглеців (ДФУ), перфторуглеродов (ПФУ), елегазу (SF6) . Останні три типи газів не тільки створюють парниковий ефект, а й активно руйнують озоновий шар атмосфери.
Екобудинки, або пасивні будинки (від англ. Passive house), назвали так тому, що вони не вимагали витрат на опалення. Перший будинок за проектом архітекторів Ніколаса і Ендрю Ісааків був побудований в 1972 р. в Манчестері (штат Нью-Гемпшир, США). Будівля мала кубічну форму, завдяки чому площа поверхні зовнішніх стін була мінімальною, а площа скління не перевищувала 10% від неї. Таким чином, втрати тепла знизили саме за рахунок об'ємно-планувального рішення. Щоб домогтися комфортних параметрів мікроклімату (температура і вологість), спорудження оптимально зорієнтували по сторонах світу і функціонально зонувати всі приміщення. Скляні вітражі південних фасадів вдало поєднувалися з масивними внутрішніми стінами і перекриттями. Була запропонована захист від сонця у вигляді виступаючих навісів. Співвідношення довжини і ширини кімнат становило 3: 2. Так як покрівлю зробили плоскою і покрили светоотражающим алюмінієм, це знижувало її нагрівання і зменшувало потребу в вентиляції в жарку пору року. На даху будинку встановили сонячні колектори для підігріву води в системі ГВП.
Rockwool | 
Архітектори А.Канчас і Г.Канчайте фото Е.Лучіна | 
НВО «Квант» | 
НВО «Квант» |
1-2.Екодома часом виглядають нарочито скромно або, навпаки, авангардно. Але головне вони дозволяють берегти енергоресурси.
3-4.Установка фотоелектричних панелей- екомодернізація з метою підвищення енергонезалежності.
Історія екодома в Росії
У 1972 р. в Академмістечку Красноярська, в Інституті біофізики, було побудовано герметичне приміщення об'ємом 315м3 для випробування замкнутої екотехнології тривалого життєзабезпечення людини в екстремальних земних і космічних умовах. Його розділили на чотири блоки: оранжерея, жилі каюти, кухня, робоча зона. Було проведено 10 експериментів з екіпажами, в які входило по 1-3 людини. Найтриваліший тривав 180 днів. Вчені застосовували спеціальні патрони для поглинання вуглекислого газу і систему регенерації води, очищає рідкі відходи до стану питної води. Щоб задовольнити до 80% потреби команди в їжі, в оранжереї при штучному освітленні вирощували пшеницю, сою, салат, чуфу (последнюю- для отримання рослинного масла). Використовували рослини певних сортів з укороченими стеблами з метою економії простору оранжереї. Інші продукти тваринного походження вживали у вигляді консервів. Після цього експерименту в наші дні в 5км від Академмістечка будують перший в країні екологічний котеджне селище. При цьому поставлено завдання: випробувати на практиці екотехнології, випробувані в Інституті біофізики. Вже зведено п'ять будинків, ведуть будівництво ще 20. Екотехнології застосовують поки тільки в деяких будівлях і не в повному обсязі. Влітку 2009р. планується спорудити ще 10 будинків, які оснастять сучасним екооборудованіем. Селище розташоване в одному з найбільш холодних регіонів Росії, але вчені сподіваються домогтися абсолютної енергонезалежності будинків, повної переробки органічних відходів в добрива і біопаливо, а також самозабезпечення свіжими, екологічно чистими продуктами харчування. Такий будинок має сенс розглядати разом з ділянкою, а називати його коректніше не пасивним, а, скоріше, активним, адже виробленого тепла повинно вистачити не тільки на власне опалення, але і на обігрів оранжереї і роботу біологічної системи утилізації відходів. Якщо експеримент вдасться, буде доведена доцільність будівництва подібних екопоселень в будь-якому регіоні Росії.
принцип екодома
Вперше принцип sustainable design ( "проектування стійкої системи") сформулювали в травні 1988р. доктор Вольфганг Файст (засновник Інституту пасивного будинку в Дармштадті, Німеччина) і професор Бо Адамсон (Лундського університету, Швеція). Екологічний будинок (екобудинок) - це будівля, комфортне для життя людини, яка не забруднює навколишнє середовище, незалежне (що використовує відновлювальні джерела енергії), ресурсосберегающее (заощаджує витрата води і тепла) і ресурсонакаплівающее (виробляє екологічні продукти харчування і біопаливо).
Ніяка міська квартира, ніякої заміський будинок не здатний дати людині таке відчуття свободи і незалежності, як власний екобудинок. Безумовно, уряди багатьох країн розуміють, що для сталого розвитку цивілізації знадобиться перевести житловий фонд на енергозберігаючі технології. Концепцію екодома розробляють і вдосконалюють в численних дослідницьких інститутах по всьому світу, і сьогодні на її основі побудовано більше 2 тис. Споруд в Німеччині, Данії, Швеції та інших стра- нах Західної Європи, а також в США.
| 
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
| 
| 
| 
|
5.Інгрід Холм- господиня енергозберігаючого будинку в поселенні Стенлесе (Данія).
6.Обстановка в будинку сім'ї Холм- дуже проста, практична і затишна.
7.Общая вигляд будинку з літньою заскленої прибудовою.
8.Із кухні можна пройти в постирочную; в пральну машину надходить дощова вода з бака, розташованого в підвалі.
9.Семья Холм, яка проживає в будинку площею 138м2, платить за електрику в 3 рази менше, ніж довелося б в звичайному будинку. Тут немає радіаторів, в рідкісні холодні дні подружжя включають теплі електричні підлоги, змонтовані під ламінатом.
10.Летняя прибудова служить для відпочинку і чаювань. Вхолодную пору року двері в неї закривають.
11.Продолженіе кухни- міні-пральня.
12.Водонагреватель.
13.Гостіная володіє хорошою вентиляцією і інсоляцією.
14.Ні краплі дощової води не пропадает- для садової лійки зроблений спеціальний висновок.
15.Толщіна стін цього енергоефективного будинку дорівнює 410мм.
16.Небольшое горищне приміщення будинку зайнято рекуператором припливно-витяжної вентиляції. Завдяки йому в будинку підтримується здоровий мікроклімат, що так важливо для подружжя поважного віку.
Зйомка будинку в Стенлесе (Данія) проведена компанією Rockwool
Актуальність екодома в Росії
Специфіка нашої країни полягає в суворому кліматі, при якому екобудинок практично не може обійтися без додаткового опалення. Крім того, в Росії, на відміну від Заходу, поки немає державних програм і нормативних документів з будівництва екобудинків. Однак деякі ентузіасти сподіваються вирішити ці проблеми, створюючи екопоселення. Екомодернізація будинків в Росії викликана в основному тим, що тарифи на енергоресурси почали рости (за прогнозами, в 2009 р. Вони збільшаться на 20%). Навряд чи глобальна економічна криза, вичерпання світових запасів нафти, газу і вугілля самі по собі змусять росіян інвестувати кошти в екодома. Але екомодернізація жител (нехай і не в повному обсязі) в перспективі може стати досить вигідним заходом: це можливість не тільки економити на електроенергії, ГВП та опалення, а й заробляти, продаючи надлишки біопалива, компосту і сільгосппродукції.
Ксожаленію, ринку альтернативної електроенергії в Росії поки немає, як немає і податкових пільг за використання таких джерел. Абезі них будівництво систем електропостачання на поновлюваних ресурсах малопривлекательно. Зведення Екобудинку (як і будь-яка нова технологія) на даному етапі обходиться значно дорожче, ніж традиційних житлових будівель. Однак відмова від масштабних інженерних мереж і теплокомунікацій робить масове будівництво Екобудинку дешевше зведення інших типів житла, що вже довів західний досвід. Взімнее час трапляються аварії тепломереж, в результаті яких тисячі людей позбавляються тепла. На ремонт зношених труб в мерзлій землі потрібні великі матеріальні витрати.
| 
| 
Philips Lighting | 
Philips Lighting |
17-18.Матеріали з кам'яної вати найбільш часто застосовують для утеплення будинків.
19-20.Важно вирішувати проблему енергозбереження в житлі комплексно. Використання енергозберігаючих ламп замість звичайних дуже скоро стане відчутним для вашого гаманця: вони рідко перегорають і споживають мало електроенергії.
переваги Екобудинку
Благодатний мікроклімат без радіаторів і кондиціонерів (їх роль виконують теплі підлоги і грунтової рекуператор);незалежність від тепломереж за рахунок використання сонячної енергії та альтернативних джерел тепла в автономній системі ГВП;
завдяки автономної біологічної очистки стічних вод можна відмовитися від отруйних природу і виділяють метан (він народжує парниковий ефект) полів зрошення;
біогенераторная система утилізації біологічних відходів, перетворення їх в біогаз і добрива дасть можливість скоротити полігони ТПВ (твердих побутових відходів), які є джерелом "парникового" метану;
біогаз і піролізний газ дозволяють домогтися енергонезалежності і залишитися в гармонії з природою;
збір і використання дощової води зменшують залежність від водопостачання (плюс економія дорогоцінного природного ресурса- питної води).
Фахівці Інституту пасивного будинку в Дармштадті розглядають екобудинок як теплову фортеця: теплоізоляційні якості стін, даху та фундаменту, енергоефективність вікон і система вентиляції дозволяють такого будинку утримувати тепло подібно термосу.
надійні стіни
Добре утеплені товсті стіни, безумовно, перша і головна умова існування екодома. Фахівці Інституту пасивного будинку в Дармштадті рекомендують наступні величини коефіцієнтів опору теплопередачі огороджувальних конструкцій екодома: зовнішні стіни-9-12; дах-14-16; Фундамент- 8-10См2 / Вт. Зазначених параметрів не вдасться досягти, зводячи стіни традиційними методами з більшості теплоізоляційних матеріалів. Наприклад, стіна з блоків "Дюрісол" товщиною 375мм має величину коефіцієнта опору теплопередачі лише 3, См2 / Вт, а стіна з газосилікатних блоків (пористого бетону) товщиною 400мм- і того менше: 2, См2 / Вт.
Спосіб виготовлення товстих глиносолом'яних блоків, з яких збудовані деякі американські екодома, не набув поширення в Європі. Впродвінутих західноєвропейських екодома "прижилася" система, що складається з несучого дерев'яного або кам'яного каркаса, утепленого товстим (не менше 500мм) шаром жорстких або напівжорстких плит з кам'яної вати. Отолщіне стін зазвичай можна судити по глибині віконних прорізів. В Росії найбільш часто в якості утеплювачів застосовують матеріали таких марок, як Rockwool (міжнародний концерн з штаб-квартирою в Данії), Paroc (Фінляндія), "Кнауф", Ursa XPS (обидві - Росія). З точки зору екологічності для екодома найпривабливішими можна вважати плити, виготовлені з кам'яної вати. Вони мають такі переваги:
нетоксичні і неканцерогенними, на відміну, наприклад, від такого матеріалу, як азбестове волокно;
базальтове волокно не ламається, що не колеться і не сиплеться, як скловолокно;
негігроскопічні (водопоглинання становить не більше 1,5%) при одночасній хорошою паропроникності;
з плином часу плити з кам'яної вати не стискуються в обсязі на відміну від скловатних або шлаковатних плит;
матеріал не схильний до дії грибків і комах;
негорючі і термостойкі- плити з кам'яної вати витримують температуру до 1000С.
Rockwool виробляє різні теплоізоляційні матеріали з кам'яної вати "на всі випадки життя". Легкі плити Rockwool Лайт Баттс невеликої щільності (37кг / м3) призначені для перегородок, перекриттів, утеплення мансард, скатних покрівель, споруди підлог по лагам, каркасних стін. Цей матеріал не надає великого навантаження на стіни і перекриття добре пропускає через себе пар, виводячи надлишки вологи. Переваги жорстких гідрофобізованих теплоізоляційних плит Rockwool Флор Баттс (щільність становить 125кг / м3), призначених для утеплення підлог і фундаменту, полягають в тому, що зверху на них можна заливати бітумну або цементну стяжку.
Роль метану в парниковий ефект
Парниковий ефект-поглинання атмосферними газами тепла, випромінюваного Землею. ВКіотском протоколі зазначається, що саме метан винен у глобальному потеплінні, хоча його викиди в атмосферу набагато менше, ніж двоокису вуглецю. Мотивовано це тим, що для однакового парникового нагрівання атмосфери потрібно в 21 разів менше метану, ніж вуглекислого газу. Дозниження парникового ефекту веде навіть просте спалювання метану замість його викиду в атмосферу. Вотличие від вуглекислого газу, що поглинається рослинами, метан, потрапивши в атмосферу, існує в ній десятки років, повільно расщепляясь сонячною радіацією. Ефективне вирішення проблеми глобального потепленія- збір і використання метану як альтернативного поновлюваного палива.
«Правильні» вікна
Коефіцієнт опору теплопередачі вікон повинен становити не менше 1,5См2 / Вт-це друга необхідна умова теплової герметичності екодома. Вимоги до вікон пред'являються наступні:
конструкція віконного профілю повинна мати низьку теплопровідність і не мати "містків холоду"; переважні трикамерні або п'ятикамерні профілі товщиною 62-130мм;
бажано, щоб двокамерний герметичний склопакет був заповнений інертним газом (криптоном або аргоном), а на скла нанесено металооксидних нізкоеміссионноє напилення (наприклад, з оксидом титану);
вікна з великою площею скління повинні виходити на південь,
для зниження втрат тепла через вікна в зимовий час на ніч їх краще закривати віконницями, ролетами або щільними шторами.
Вікна, що відповідають цим вимогам, навіть взимку забезпечують приплив в будинок сонячного тепла, так як спеціальне покриття на стеклах не перешкоджає проникненню сонячних променів, але відображає значну частину тепла, що йде з приміщення (парниковий ефект). Коли сонця немає і цей ефект відсутній, вікна слід закривати віконницями щоб уникнути втрат тепла.
Векодомах застосовують дерев'яні або комбіновані (деревоалюмінієві або пластикові вікна з алюмінієвими накладками). Пластикові вікна мають пустотілі рамні профілі з великою кількістю перегородок, наприклад трьох- або п'ятикамерні: Deceuninck (Бельгія), KBE, Rehau, VEKA (все- Німеччина).
Найбільш вдалі конструкції-це віконні системи, які повністю відповідають нормам опору теплопередачі навіть для самих холодних районів Росії. Трикамерний склопакет повинен мати товщину не менше 46 мм. Монтажна глибина профіля- не менше 70мм. Значне число камер у віконному профілі забезпечує мінімальну теплопровідність і зводить до мінімуму «містки холоду».
ВОстаннім часом знову стають популярними дерев'яні вікна (кращий матеріал для них- сибірська модрина). Причини цього:
вони не накопичують статичну електрику і не притягують пил;
на них утворюється менше паморозі і не конденсується волога;
твердість сибірської модрини близька до твердості дуба і з роками навіть збільшується;
непросочені дерево спеціально клеєного віконного профілю вміє «дихати» і тому створює в будинку здоровий клімат.
Для екодома найкраще підходять дерев'яні вікна з двокамерними склопакетами (три низькоемісійоного скла, міжскляний камери заповнені криптоном). Склопакет повинен мати теплоізоляцію з коефіцієнтом опору теплопередачі 2СМ2 / Вт.
Winfin | 
Rudupis | 
«Профайн РУС» | 
EXPROF |
Фото Ю.Евдокімовой21-22.Деревянние енергозберігаючі вікна: Lammin Ikkuna з роздільними стулками (монтажна глибина-130мм); Rudupis з одинарними стулками (монтажна глибина-104мм).
23-24.Пластіковие "теплі" вікна: з профілю Trocal InnoNova (5камер, монтажна глибина-70мм); з профілю EXPROF AeroSuprema (5камер, монтажна глибина-118мм).
25.Деревянное вікно в Екодома.
Без втрат!
Третє найважливіша умова збереження теплового контуру будівлі-наявність припливно-витяжної вентиляції з рекуператором тепла (теплообмінником). Принцип її дії полягає в тому, що зовнішній холодне повітря надходить в протиточний теплообмінник, в якому рухається по трубах, омиваним зовні теплим повітрям, що йде з дому в протилежному напрямку. Урезультаті на виході з теплообмінника вуличне повітря прагне придбати температуру кімнатного, а останній, навпаки, перед виходом з теплообмінника прагне до вуличній температурі. Так вирішується завдання досить інтенсивного повітрообміну в будинку без втрат тепла.
думка фахівця
Утеплювати свій будинок треба в суворій відповідності з будівельними нормами, щоб економити на опаленні. Ефективна теплоізоляція зберігає тепло взимку і прохолоду влітку, вона екологічна, негорюча і негігроскопічна. Так, через стіни йде до 40% тепла. Їх ефективніше утеплити зовні. Сучасні фасадні системи, наприклад негорюча система Rockwool Rockfacade (її монтують і на фасаді зі складними архітектурними елементами), дозволяють одночасно утеплити стіни і оформити фасад.
Тетяна Смирнова, технічний фахівець компанії Rockwool
В Росії, де клімат більш суворий, ніж, наприклад, в країнах Європи, до основного рекуператору слід додати ще й ґрунтової. Його доцільність доведена тим, що в деяких західних екодома застосування грунтового рекуператора дозволило відмовитися від кондиціонера. Температура грунту на глибині 8 м більше постійна і становить близько 8-12С. Тому потрібно заглиблювати рекуператор саме на цю величину, щоб вуличне повітря, проходячи в грунті, незалежно від пори року прагнув прийняти відповідну температуру. На вулиці можуть стояти або липнева спека, або січневий мороз, але в будинок завжди буде надходити свіже повітря, температура якого оптімальна- близько 17С.
Mossinepartners | 
Mossinepartners | 
Rehau | 
Rehau |
26-27.ВПодмосковье вже є селища, будинки в яких відповідають принципам підтримки здорового мікроклімату: влітку "зелена" покрівля не нагрівається, а взимку вона не дозволяє приміщень остигати.
28.Схема пристрої грунтового рекуператора (теплообмінника) в заміському будинку (Rehau): 1-грунтовій теплоколлектор Awadukt Thermo; 2-рекуператор тепла; 3-дренаж конденсату.
29.Рядом з будинком розташована воздухозаборная труба грунтового теплообмінника.
В Росії можливо придбати припливно-витяжні установки різних зарубіжних компаній (на замовлення) з рекуператором продуктивністю до 1000м3 / ч і навіть більше. Вартість системи поки досить висока- від 225тис.руб. Деякі компанії, наприклад Rehau і інші, випускають спеціальний комплект деталей для монтажу грунтового теплообмінника, що значно збільшує вартість останнього.
геліосистеми
Сонячні колектори (або батареї) - геліосістеми- четверте умова існування екодома. Робота сонячного колектора заснована на парниковий ефект: що поглинається теплове випромінювання сонця значно перевершує зворотне теплове випромінювання колектора. Існує два типи сонячних колекторів: плоскі і вакуумні. Ввакуумном парниковий ефект посилений тим, що зворотне теплове випромінювання колектора не може пройти крізь вакуум так само, як у вакуумній колбі побутового термоса. Урезультаті вакуумний колектор, на відміну від плоского, нагріває теплоносій до високої температури навіть в мороз, що є вирішальним фактором на користь його вибору для нашої країни. Але взимку, при короткому світловому дні і хмарності, кількість тепла, що виробляється сонячним колектором, значно знижується. В середньому смузі Росії вигідна сонячна система ГВП, що має запасний джерело тепла, адже для збору убогого зимового тепла потрібно багато дорогих колекторів. Концепції екодома в якості такого джерела теплової енергії краще відповідає газогенератор, що блокується з накопичувальним баком ГВП і працює на дровах поновлюваному паливі.
Особливості експлуатації геліосистем
Можна нагрівати накопичувальний бак тільки сонячною енергією до 10 міс на рік. При дуже сильній хмарності і морозі, а також для прання та миття легко нагріти воду в накопичувальному баці до потрібної температури, запустивши газогенератор, адже витрати на паливо для газогенератора істотно нижче, ніж при використанні тільки котла (економія коштів може досягати 90%). При цьому в періоди роботи газогенератора підземне газосховище інтенсивно поповнюється газоподібним паливом.
З'являється можливість опалювати теплицю цілий рік, забезпечується цілорічне функціонування біологічної системи утилізації відходів.
Можна користуватися відкритим басейном з березня до жовтня (вода в басейні нагрівається енергією сонця). Для обігріву екодома метражем 200м2 потрібно 8-10 колекторів загальною площею 32-40м2. Іето з урахуванням нагрівання з їх допомогою води для сім'ї з чотирьох осіб, а також їх використання для опалення теплиці і роботи системи біологічної утилізації відходів. Правда, при цьому необхідний накопичувальний бак (або два бака) для гарячої води об'ємом 1,5-2тис.л.
Viessmann | 
Viessmann | 
фото Д.Мінкіна | 
Viessmann |
30-31.Вакуумние сонячні колектори, змонтовані на даху.
32.Фотоелектріческіе панелі, що виробляють альтернативну електроенергію, є елементом конструкції покрівлі.
33.Стеклянние вакуумні трубки колектора Vitosol 300-T (Viessmann).
замість висновку
Будинок з описаними властивостями не випадково називають теплової фортецею. Внем при м'якому кліматі не потрібні ні система опалення, ні кондиціонери, ні протягів, не відчувається холод, так як різниця температур кімнатного повітря і внутрішніх поверхонь огороджувальних конструкцій зневажливо мала. Будинок обігріває тепло, що виділяється побутовими приладами, тілами обітателей- господарів і домашніх тварин, а також сонячна енергія. Оскільки в будівлі немає висушують повітря опалювальних приладів, мікроклімат можна порівняти з благодатним літньою погодою десь на курортах гірської Швейцарії. Це сприятливо впливає, наприклад, на тих, хто страждає від алергії.
Вдома, побудованих в Росії, з її короткими зимовими днями, коли сонячні колектори не можуть дати достатньо тепла, доводиться монтувати додаткові системи опалення. Щоб мінімізувати їх вплив на мікроклімат будинку, доцільно віддавати перевагу теплим полам. Водному з наступних номерів журналу ми розповімо про обладнання для замкнутої системи "енергозберігаючий будинок-ділянку».
Редакція дякує компанії Rockwool і особисто Поліну Кулешова, а також фірми Viessmann і Rehau за допомогу в підготовці матеріалу.