Эта фраза из песни 40-х годов прошлого столетия: «Комсомольцы – беспокойные сердца», – вселила такой энтузиазм в архитекторов и строителей, что к 80-м годам они создали реальные «пассивные» и «активные» экодома, где солнце, воздух, а также вода и земля использовались в качестве энергоисточников. Случилось это не сразу и не вдруг, и внешний вид и интерьер такого частного загородного экодома претерпел при этом заметные изменения.
Для комфортного проживания в загородном доме необходимо иметь тепло, свет, водоснабжение и канализацию. Если тепло можно обеспечивать автономными источниками, например, печкой-камином, то для водоснабжения, канализации, бытовой техники, электроники, наконец, для освещения в доме требуется электроэнергия. Проблема энергосбережения выросла именно из-за дефицита электроэнергии и роста цен на топливо.
Сделать дом тёплым означает снизить теплопотери до минимального уровня через ограждающие конструкции: фундамент, стены, перекрытия, крышу, пол, потолок, окна, внутренние перегородки. В традиционном (деревянном, кирпичном или каркасном) доме, в среднем, около 15-20 % тепла уходит через фундамент, около 40-50 % – через стены. Ещё порядка 20-25 % тепла теряется через окна, 12-15 % – через вентиляцию и дымоход. Около 7-12 % потерь происходит через «мостики холода» и пустоты в неизолированных местах в конструкции стен.
При создании облика «пассивного» дома некоторые архитекторы принимают во внимание такой критерий как «фактор площади ограждающей поверхности». Он определяется простым делением площади ограждающей поверхности дома на суммарный объём его помещений. Если, например, у кубика размером 1х1х1 м фактор площади равен 6, то у дома размером 10х10х6 м он будет равен примерно 0,8-0,85 (в зависимости от толщины стен и перегородок, уменьшающих фактический объём). Стремиться к компактным формам дома для обеспечения возможно низкого показателя тепловых потерь, несомненно, нужно, но не в ущерб внешней эстетике. Примером этому может служить «знаменитая», действительно, тёплая «хрущёвка» без балконов, террас, свисающих карнизов, мансард. Геометрия некоторых современных европейских экспериментальных жилищ во многом перекликается с обликом ухоженного сарая.
У них и у нас
По концепции доктора Вольфганга Фальста (основателя немецкого Института пассивного дома) строительные нормы Германии жёстко регламентируют с февраля 2002 года теплопотери во вновь строящихся домах, в том числе, частных. Теплопроводность ограждающих конструкций с эффективным утеплителем определена значением коэффициента теплопередачи в 0,1-0,15 Вт/(мх град С). Ожидается, что в реальных проектах она составит около 0,13 Вт/(мхград С). Расчётный допустимый расход электроэнергии на отопление 1 м2/год принимается менее 15 кВт-часов (около 1,5 л мазута).
Цена на такие дома, по заявлению немецких специалистов, превышает стоимость на традиционные варианты примерно на 12-15 %. Аналогичные энергозатраты запланированы в коттеджах финской «экодеревни» Виикки (VIIKKI) под Хельсинки. В обычных домах (для справки) расход электроэнергии на обогрев 1 м2/год доходит до 300-400 кВт-часов.
«Активный дом» обладает всеми качествами «пассивного дома» и, кроме этого, он способен производить электроэнергию с помощью солнечных батарей, как для своих нужд, так и для соседей. Разница «у них и у нас» здесь принципиальная. Александр Горбунов (архитектурное бюро «АРГО-Проект»), будучи в Баварии в гостях у институтского друга, неоднократно видел солнечные батареи на крышах частных домов. Ему объяснили, что это результат добровольного участия домовладельцев в целевых госпрограммах энергосбережения и льготного кредитования.
Выгода домовладельца в том, что полученная им электроэнергия от солнечных батарей сдаётся государству. Причём, по цене, превышающей цену за электричество, отпускаемое государственными службами для нужд частного застройщика. Очевидно, что государство видит свою выгоду, по крайней мере, по двум направлениям. Во-первых, развитие солнечной энергетики идёт за счёт частного капитала. Во-вторых, не требуется крупных капиталовложений на поиск места под новую электростанцию и на её строительство. Атомной энергетикой они, похоже, «наелись».
У нас «солнечная энергетика» получила развитие благодаря интузиастам на Дальнем Востоке (проект деревянного дома Экодом Solar-5 площадью 78 м2, 93, 7 м2 и 130 м2). По словам Павла Казанцева (автора проекта) стоимость 1 м2 дома около 28-30 тыс. руб. Солнечные батареи (около 12 м2) коллекторы и энергосберегающее тройное остекление обойдутся ещё примерно в 560-600 тыс. руб. На Северо-Западе начинают пользоваться спросом финские автономные системы энергоснабжения «Naps», «Kyocera Solar» у домовладельцев, имеющих недвижимость на территории наших соседей в Финляндии. Они приобрели там полезный опыт и не видят препятствий для реализации его на схожем по климату российском пространстве. Нашим законодательством не предусмотрена продажа «излишков солнечной электроэнергии» в центральные электросети. Но частным образом сосед с соседом может поделиться. Наш первый (экспериментальный) «активный» дом, построенный в прошлом году в Подмосковье («Западная долина») площадью 230 м2 требует на обогрев 1 м2 в год около 30-35 кВт-часов. Он обошёлся в 30 млн. руб. А с внутренней отделкой, мебелью и ландшафтными работами стоимость составила около 38 млн. руб.
По мнению Константина Ермакова, (архитектурное бюро «Атриум») на эту сумму можно было бы построить шесть обычных домов такой же площади, отвечающих требованиям СНиП. В серийных теплосберегающих домах, построенных в Киссолово по немецким технологиям, на обогрев 1 м2 в год потребуется около 58 кВт-час. Стоимость таких домов начинается от 5 млн. руб. (в зависимости от площади). Совершенно очевидно, что тот или иной объём мероприятий по снижению теплопотерь приводит к ощутимым результатам.
Архитектурно-конструктивные решения для экодома
Опытный архитектор принимает во внимание, прежде всего, рельеф местности, как на самом участке, так и в ближайшем его окружении. Не остаётся без внимания и «роза ветров». Если «холодную» северную сторону дома не удаётся защитить под склоном или лесным массивом, то снижение «продуваемости» экодома обеспечивается более толстым (в 1,5-2 раза) слоем теплоизоляции. Фактическая толщина таких утеплителей как минеральная вата, пенополистирол, «эковата» составляет не менее 30 см. Крыша должна иметь свес для защиты от ветра и снега. Помимо этого северная сторона дома может быть меньшей высоты, а количество окон и их размеры принимаются минимально необходимыми. Будет не лишним и усиленное (тройное) остекление с высокой герметичностью оконных рам, обеспечивающее коэффициент теплопередачи не менее 0,8 Вт/м.K. На этой же стороне располагают обычно кухню, наиболее тёплое место экодома за счёт печки, парового котла, бытовой техники, выделяющей значительное количество тепловой энергии.
Все входы в экодом оборудуют тамбурами. С южной стороны стараются получить наибольшее количество тепла от солнечной энергии. И, прежде всего, с этой стороны не высаживаются зелёные насаждения, дающие тень на южный фасад. Выпуклая (гранёная) остеклённая вертикальная часть южного фасада, охватывающая сектор в 50-60 градусов, считается оптимальной. Площадь остекления не менее 40-60 % не приведёт к излишнему поступлению солнечной энергии. В наших северных широтах летнее солнце проходит южное направление достаточно быстро. Осенью и зимой юго-восточная, южная и юго-западная часть фасада получают существенный приток солнечной энергии.
Угол наклона крыши при установке солнечных батарей, обычно равен значению широты местности. Основной проблемой в этом случае считается обеспечение сезонного паритета поступающей солнечной энергии. Окна на восточной и западной стороне экодома делают небольших размеров. Летом через них солнечная энергия будет проходить с избытком, а зимой поток будет весьма слабым.
Эффективное использование солнечной энергии достижимо при наличии прямого солнечного излучения на стены (прежде всего, южную) и крышу в течение 5-6 утренних и дневных часов даже при плотной облачности.
Приточно-вытяжная вентиляция «пассивного» дома располагается практически по всем помещениям. Циркуляция воздуха в помещениях экодома выполняется по смешанной схеме с использованием воздушных теплообменников (тепловых рекуператоров). Например, при повышении температуры воздуха внутри того или иного помещения от солнечного потока выше нормы, включается вентилятор, подающий тёплый воздух в аккумулятор. Аккумулированное тепло расходуется в тёмное время суток. Правильно организованная система вентиляции способна обеспечить 75% рекуперацию. Поступающий свежий воздух прогревается, проходя теплообменник, за счёт отбора тепла от удаляемого «отработанного» воздуха. Таким образом, полученное тепло от солнца или от работающей бытовой техники, от тёплого пола, не выветривается, а возвращается в помещение. Кстати, о тёплом поле. Его эффективность зависит (помимо прочего) от количества мебели в помещении.
Альтернатива или резерв?
Для климата Ленинградской области сегодня можно говорить только о резервировании электроэнергии с использованием солнечных батарей или газопоршневых генераторов. Всё-таки сказывается невысокая среднегодовая температура (+4-5 градусов) по сравнению с +8-10 в той же Германии. Критично и годовое количество «солнечных» часов, около 1700. На Дальнем Востоке, в Черноземье и Восточной Сибири их набирается до 2200-2300.
Бензогенераторы и дизель-генераторы проигрывают по экологии и затратам на отдельное энергопомещение или отдельно стоящий бокс. Этой проблемы нет у газопоршневых генераторов, но, возможно, потребуется установка газгольдера (например, на паях с соседом), если отсутствует магистральный газ. Вся линейка российских газовых генераторов типа FAS рассчитана для использования в качестве топлива пропан-бутана или метана. Возможно использование генераторов с газовыми двигателями GPS, Kohler (США), FG Wilson (английские), работающих на обеднённых смесях.
Солнечные коллекторы при их нынешней стоимости и пока ещё не высоком КПД (около 15-20 %) не смогут полностью обеспечить потребности в отоплении, водоснабжении и водонагреве. Современные устройства (кстати, российского производства), в состав которых входят мощный аккумулятор, контроллер и инвертор, способны регулировать и управлять совместной работой солнечной батареи и газового электрогенератора.
Текст: Николай Шаров
Консультанты: Архитектурное бюро «АРГО-Проект», Архитектурное бюро «Атриум»
Землевладелец Северо-Запада № 5-6(74) 2012