Пассивный дом. Понятие и основные принципы проектирования пассивного дома

Эпоха зданий с нулевым энергопотреблением уже начала свой отсчет. Подтверждением этому может послужить размещение властями США в открытом доступе официального документа Министерства энергетики под названием «Здания с нулевым энергетическим балансом» (Zero Energy Buildings, ZEB), опубликованного на сайте ведомства 16 сентября 2015 года.

Документ был разработан совместными усилиями с Национальным институтом строительных наук. Кроме того, огромную поддержку и одобрение событие получило в сообществе лучших экспертов и влиятельных профессиональных организаций строительной индустрии и сферы недвижимости в лице Совета по экологическому строительству (USGBC), а также Союза архитекторов США (AIA).

Какими же должны быть эти самые здания ZEB? Что такое нулевой дом? В чем их особенность и какие условия должны выполняться для проектов, которые получат статус здания с нулевым энергосбережением? Ответы на эти и другие вопросы можно найти в новом документе, причем основные понятия и нюансы там четко расписаны. Чтобы здание было отнесено к классу ZEB, нужно произвести расчеты по определенным формулам, обязательно используя строгие критерии и термины.

Если сделать некоторое обобщение, то можно сказать что дом с нулевым энергопотреблением – это энергоэффективное здание, которое в течении определённого периода потребляет из центральной электросети столько же или меньше энергии, чем производит за то же время для собственных нужд.

Электричество в таких зданиях вырабатывается за счет собственных возобновляемых источников, таких как энергия солнца и ветра , тепло земли (геотермальная энергия) или океана и волн . Многие эксперты убеждены в успехе проекта Zero Energy: по их мнению – это уверенный шаг в новую эру, способную значительно изменить мир. Благодаря экологичности и низким эксплуатационным расходам, а также высокой устойчивости к климатическим изменениям, природным катаклизмам и сбоям в электроснабжении, дома с нулевым энергетическим балансом – это наше будущее.

Уже сегодня тема ZEB-зданий особенно актуальна в странах Евросоюза, где проходит реализация стратегии «Европа 2020». Рост заинтересованности проявляется у коммерческих компаний и организаций, работающих над программами экологической ответственности, а также у многих государственных учреждений. Стоит отметить, что до недавнего времени различные регионы и организации не имели единых четких стандартов для зданий с нулевым энергетическим балансом и отличались собственными представлениями о нулевых домах.

Документ «Здания с нулевым энергетическим балансом» стал важнейшим шагом на пути разрешения этих неопределенностей. В нем раскрывается ряд основных приоритеты, влияющих на классификацию домов. Так, количество энергии, которое ZEB-дом производит, используя возобновляемые источники энергии, играет большую роль, чем среднее энергопотребление.

«Энергия не должна производится посредством сгорания топлива, то есть, сжигающий газ или биомассу для отопления, или генерации электроэнергии дом не может быть отнесен к категории ZEB», – комментируют эксперты по экологическому строительству.

Избыточное количество энергии, которое было произведено в дневное время, направляется в сеть. Ночью же, когда потребление меняется и здание производит меньше энергии, чем необходимо, ее недостающая часть снова поступает из сети. Проще говоря электрическая сеть выступает в роли накопления и хранения энергии.

Здания с нулевым энергобалансом, согласно документу, могут быть настолько энергоэффективны, насколько этого потребует реальная ситуация, без каких-либо ограничений. И, если производится необходимое количество энергии только из возобновляемых источников, то этого достаточно, чтобы соответствовать стандартам ZEB. Концепция же пассивных домов предусматривает четкие требования к норме допустимого потребления энергии на квадратный метр в год, что говорит о значительном различии этих двух понятий.

Над проектами ZEB-зданий уже сегодня работают специалисты из США и Евросоюза. В ближайшем времени RuGBC совместно с компанией Siemens проведет мероприятие, на котором выступит один из ведущих ZEB-дизайнеров Мэтт Мако. Компания (Environmental Building Strategies (EBS), владельцем которой является Мако, на уже сегодня успешно работает с несколькими крупнейшими ZEB-проектами в США.

Узнайте больше о "нулевых" домах из .

Индивидуальный жилой дом с нулевым потреблением энергии
Настоящий каталог представляет проекты на тему «Индивидуальный жилой дом с нулевым
потреблением энергии для Нижнего Новгорода и Нижегородской области», выполненные бакалаврами
архитектуры на кафедре архитектурного проектирования .

Техническое задание «Индивидуальный жилой дом с нулевым потреблением энергии для Нижнего Новгорода и Нижегородской области» было составлено кафедрой архитектурного проектирования ННГАСУ, утверждено ректором ННГАСУ и согласовано Департаментом градостроительного развития территории Нижегородской области. По заданию предусматривалась разработка объемно-планировочного решения с соблюдением следующих требований:

1. Площадь участка = 1000 м3 = 10 соток
2. Этажность - 3 этажа (подвал, 1 этаж, мансарда)
3. Число членов семьи – 3-4 человека
4. Общая площадь жилого дома – 80-100 м2
5. На участке предусмотреть гараж на 1 автомобиль
6. Стены и перегородки – клееный брус, калиброванное бревно, деревянные щиты

В проекте необходимо использовать новации в области энергосбережения: новые деревянные конструкции, оригинальную систему снегоочистки, уникальную ветроустановку, современные системы вентиляции.

Деревянный жилой дом в аспекте энергосбережения.
Пассивный дом является ведущим мировым стандартом в энергоэффективном строительстве. Сохранение энергии достигает 80% по сравнению с обычными новыми зданиями. Концепция «Пассивного Дома» была разработана в 1988-м году профессором Бо Адамсоном в Университете Лунда, Швеция. Идея заключается в создании такого здания, которое могло бы поддерживать комфортные для человека условия сколь угодно долго без подводки энергии со стороны. Это – пример замкнутой системы, не требующей стороннего вмешательства для своего существования, которая базируется на следующих принципах:

• Снижение теплопотерь (достигается за счет минимальной площади внешней поверхности здания; использования специальных материалов для несущих и ограждающих конструкций здания, отделочных материалов с низким коэффициентом теплопроводности, светодиодов в качестве приборов освещения).
• Использование альтернативных источников энергии, светодиодов в качестве осветительных приборов, таймеров – для экономии электроэнергии.

В проектах бакалавров архитектуры ННГАСУ помимо соответствующих объемно-планировочных решений применяется ряд новаторских подходов:

• Новые деревянные конструкции
• Система снегоочистки
• Уникальная ветроустановка
• Современные системы вентиляции и т.д.

Конструктивные и архитектурные особенности малоэтажного энергоэффективного здания предполагают устройство скатной или плоской кровли с минимальным уклоном для стока атмосферных вод. Кровля, как известно, служит накопителем снежных осадков и, следовательно, создания больших нагрузок на несущие элементы и саму кровлю. Существующий способ удаления снежного покрова с крыш зданий с помощью использования электрических кабелей требует больших затрат электроэнергии. В связи с этим был разработан на уровне рабочих эскизов менее энергоемкий способ, сущность которого состоит в следующем. На поверхности кровли параллельно длинной стороне здания закрепляют перфорированные трубопроводы диаметром 25-30 мм. Трубопроводы соединяют с побудительным устройством, в качестве которого используют компрессор мощностью 2-3 кВт или газовый баллон с нейтральным газом-азотом. Сжатый воздух или газ подают в трубопровод под давлением 0,5-1,0 атм. Удаление снега происходит в течение 15-20 секунд.

Внутри продуваемой крыши на теплозвукоизоляционном перекрытии предполагается размещение ветрогенератора вертикального типа. Крыша здания выполнена в виде несущих вертикальных перегородок (возможно из поликарбоната), которые размещены в плане в радиальном направлении под острым углом к диаметральным осям покрытия. В плоскости кровли может быть помещен солнечный водонагреватель из стальных труб, окрашенных в черный цвет, либо - солнечные панели. Вертикальные перегородки в плане образуют каналы переменного сечения, которые позволяют увеличить скорость и давление воздуха в центральной зоне крыши более чем в 2,5 раза и соответственно увеличить угловую скорость ветрогенератора. Таким образом, дом, благодаря своим конструктивным и архитектурным особенностям, позволяет одновременно улавливать, усиливать и концентрировать как горизонтальные, так и вертикальные потоки воздуха. При сверхвысоких скоростях ветра в свесах крыши автоматически открываются окна. В результате использования данного решения здание начинает вырабатывать электроэнергию при скорости ветра 1,5-2,0 м/с. Количество дней в году с такой скоростью ветра составляет 75-80% для Нижегородской области. При скорости ветра менее 1,5м/с, когда здание не вырабатывает энергию, автоматически включается резервный источник энергии – электрогенератор. В ночное время суток избыточное количество электроэнергии поступает в центральную систему электроснабжения.

Для снижения теплопотерь в проектах применена приточно-вытяжная система вентиляции с рекуперацией тепла. Основное отличие системы от стандартных в том, что воздух поступает в здание не через вентиляционный вход, а из подземного воздухопровода. Таким же образом он выходит наружу. Основной принцип действия в том, что подземный воздухопровод оснащен рекуператором (грунтовым теплообменником), который предварительно нагревает воздух. Нагретый поток отдает свое тепло холодному и регулирует общую температуру. Это позволяет до 90% повысить эффективность вентиляционной системы, работающей с учетом выработки внутреннего тепла. Последнее вырабатывается в значительном количестве, к примеру, от компьютеров, тепла людей, осветительных и различных электрических приборов.

Концепция запроектированных студентами индивидуальных деревянных жилых домов для Нижнего Новгорода демонстрирует комплексный подход к экономичности, высокому качеству и безопасному для здоровья строительству.

Представленная модель дома может трансформироваться. В зависимости от численного состава семьи и потребностей людей может быть индивидуальным домом, домом на две семьи, есть также возможность блокировки модулей. Идея заключается в создании такого здания, которое могло бы поддерживать комфортные для проживания условия без подводки энергии со стороны. Жилой дом выполнен из дерева с использованием энергосберегающих и экологически чистых технологий. Дом снабжается теплом «пассивно», т.е. только с использованием внутренних источников тепла, получаемых путем генерирования энергии ветра, солнца и переработки биологических отходов.

Индивидуальный жилой дом спроектирован для Нижнего Новгорода. В нем нашли воплощение новации в области энергоэффективного проектирования и строительства: уникальная ветроустановка, современная система вентиляции, система снегоочистки, новые деревянные конструкции и прочие. Дом рассчитан на семью из 4 человек. планировочное решение дома принималось в соответствии с ориентацией дома по сторонам света: гостиная, кухня-столовая, детские обращены на юг и имеют большие остекленные плоскости, на север выходит тамбур, гараж, гардероб и лоджия второго этажа.

Жилой дом расположен в ранее запроектированном квартале Нижнего Новгорода, отведенном под индивидуальную застройку. Рассчитан на семью из четырех человек, имеет три спальни и гараж на два автомобиля. Единый объем общей зоны первого этажа (гостиная и кухня-столовая) «перетекает» в пространство улицы через просторную террасу, выходящую на юг. Северная сторона защищена от негативного воздействия буферной зоной в виде лестницы, заключенной между стеклянной и несущей теплой стеной.

Проекты застроек и реконструкций жилого квартала

1. Проект застройки квартала в границах улиц Артельной, Агрономической, Саврасова и Артельного проезда (Замятина Н.Е.)
2. Проект реконструкции квартала в границах улиц Артельной, Артельный проезд, Агрономической, Саврасова (Филюшкин И.)

Дома нулевого энергопотребления также известны как здания с нулевым чистым потреблением энергии из общей сети, это означает что такой дом полностью энергетически самодостаточен. Это может быть достигнуто с использованием энергии солнца или ветра, но конечной целью является отсутствие трат на приобретение энергии после установки такой системы.

Здания возведенные по сложившимся технологиям потребляют около 40% общей энергии, которая производится с помощью ископаемого топлива в США и являются значительным источником парниковых газов. Дома с нулевым энергопотреблением, напротив являются фактором уменьшающим выбросы углекислого газа и уменьшающим зависимость страны от ископаемых видов топлива. На сегодняшний день таких домов катастрофически мало.

В настоящее время классический дом спроектирован в значительной мере так же, как и десятилетия назад, независимо от того, где он находится, за исключением некоторых территорий, таких как Анкоридж (Аляска), где сохранение тепла является важнейшим фактором или к примеру Феникс (Техас), где напротив — охлаждение имеет важное значение. Тем не менее, в обоих этих городах отопление и охлаждение производится с использованием одного и того же источника энергии.

Когда речь идет об энергонезависимости, в каждом конкретном случае решение разнится и зависит от местных территориальных особенностей. К примеру то, что дает энергию в солнечном Лос-Анджелесе не будет эффективным в ветреном Чикаго. Для достижения энергонезависимости, необходимо применять различные технологии, которые имеют смысл в каждой конкретной климатической зоне. Конечно можно сказать, что солнечной энергии вполне достаточно, но в реальности ситуация разнится от того, где находится постройка.

Для начала, имеет смысл снизить существующие энергозатраты дома прежде чем выбирать источник возобновляемой энергии. Чтобы достичь этой цели, необходимо провести полный анализ того, как энергия будет потребляться, какая техника будет использоваться (например с использованием оборудования которому присвоен рейтинг Energy Star — международный стандарт энергоэффективности потребительских товаров). Жильцы должны понимать в каком объёме расходует энергию каждое устройство в доме и следить за этим.

Следующим этапом является выбор системы управления энергией (система энергоменеджмента), для контроля её использования и отключения неиспользуемых приборов. Чтобы водонагреватель был более эффективным, необходимо чтобы температура воды для использования в душе и мытья посуды была установлена на должном уровне, не слишком горячая, но и не слишком холодная. Почти любой элемент дома дает возможности для экономии энергии, начиная с системы водопровода, заканчивая обыкновенными светильниками.

Система энергоменеджмента EMS EC-100

Лучшим способом быть в курсе объёмов энергопотребления в вашем доме является использование технологических решений. Системы энергоменеджмента могут следить за потреблением энергии и контролировать его, используя данные, собранные с помощью интеллектуального счетчика. Система также сообщит вам, сколько энергии использует ваша бытовая электроника, система безопасности, освещение, вентиляция и кондиционирование.

Каждая составляющая жилища должна быть энергооптимизирована, в том числе стены, сантехника, воздуховоды и окна. Будет тяжело сохранить энергию, если конструкция дома ненадежно изолирована от внешнего мира.

Начать нужно с энергоэффективного фундамента используя несъемную опалубку из пенополистирола при строительстве, это сэкономит до 30% энергии вашего дома. Используйте самый качественный изоляционный материал и плотно закройте всевозможные отверстия, через которые воздух сможет покидать здание. Не стоит забывать так же про окна и двери — они имеют немалое значение в вопросах экономии энергии. Обратите внимание на низкоэмиссионные окна маркированные стандартом Energy Star.

Где это возможно, необходимо использовать наибольшие свесы, чтобы оттенить летнее солнце от окон. Оконные покрытия, жалюзи или шторы обеспечивают дополнительную тень, а с ней и теплоизоляцию.

Необходимо использовать потолочные вентиляторы во избежание прокаливания комнат с солнечной стороны. Используйте подходящие для вашего помещения котлы отопления, которые не включаются и выключаются циклично, тратя энергию зазря. Поскольку большая часть теплого воздуха будет выходить через потолок или чердак, необходимо провести основательные изоляционные работы их или же использовать СИП панели для крыши.

Конструкционные теплоизоляционные панели (СИП) являются трехслойными конструкциями состоящими из двух ориентированно стружечных плит (ОСП), между которыми вклеивается слой пенополистирола, что создает сверхпрочную конструкцию. Они используются для возведения внешних стен, крыш, потолков и полов. Дома и здания, построенные по СИП технологии, отличаются превосходной изоляцией, исключительной прочностью, быстрый монтажом а так же безвредны для окружающей среды.

Проточные водонагреватели так же позволяют снизить затраты энергии, избавляя от необходимости держать 150 литров воды в постоянном нагреве круглые сутки. Не говоря уже о том, что они занимают значительно меньше места, чем те водонагреватели, которые мы использовали на протяжении десятилетий, где тепло постоянно уходило через стенки резервуара.

Если у вас есть камин, используйте стеклянные дверцы чтобы управлять теплом, которое создает огонь. Большинство из нас в уже давно используют энергосберегающие лампы вместо традиционных ламп накаливания, так как они дают такое же количество видимого света, используя значительно меньше энергии, не говоря уже о сроке эксплуатации, который в 8-15 раз превышает срок службы обычных ламп.

Дом нулевого потребления, это дом, который на протяжении года потребляет такое же количество энергии, которое и производится на его территории из возобновляемых источников, таких как энергия солнца и ветра.

Вообще говоря, покупка солнечных батарей является отличным вариантом, поскольку после того как первоначальные инвестиции окупятся, владелец жилья практически не будет платить за электричество, и получит возобновляемую энергию, фактически бесплатно. Важным моментом здесь является то, что солнечные панели не только в состоянии произвести достаточное количество энергии для обеспечения домохозяйства, но и возможно даже излишки, которые можно продать обратно в энергетическую компанию.

Системы ветроэнергетики используют мощность турбин для вращения генератора, преобразуя энергию ветра в электричество. Вне зависимости от того, включен ли ветрогенератор в общую сеть или стоит автономно, он может быть эффективным источником энергии, в случаях когда вы не можете полностью положиться на солнечную энергию, и вдобавок вы живете в местах с устойчивыми ветрами или на равнинных территориях. Измерить ветреность конкретного места можно с помощью анемометра. Ветрогенератор может быть использован как в виде дополнения к системе солнечных батарей, так и быть единственным источником возобновляемой энергии.

Конечно изначальная стоимость энергонезависимого дома может показаться высокой, но не нужно быть семи пядей во лбу, чтобы понять, что энергоэффективность оказывает огромное воздействие на окружающую среду, так как на самом деле не используя всего один киловатт энергии, на самом деле вы экономите все три.

И дело вот в чем — здесь в США энергоэффективность составляет всего 32%. Это означает, что сохранив один киловатт энергии, на деле вы сохраняете все три! Все это ведет к уменьшению загрязнений от электростанций, к уменьшению добычи угля и к сокращению транспортных издержек для его перемещения по всей стране.

Для получения энергонезависимого дома, безусловно необходимо установить высокоэффективную систему солнечных батарей. Такая система позволит дому в том числе продавать излишки электричества обратно в энергосистему в солнечные дни и в тоже время покупать электричество, как любой обычный дом, в пасмурные дни и ночью, впрочем с установкой ветряков, может быть решена и эта проблема. В конечном итоге за год, счета за электричество достигнут нулевого равновесия, сколько дом потратил энергии, столько же он и сгенерировал.

Эксперт по энергетическим вопросам может осмотреть ваш дом от чердака до подвала и указать на всевозможные улучшения, и подсказать на чем можно сэкономить, а так же указать на усовершенствования, которые приведут к оздоровлению вашей среды обитания.

Дома с нулевым потреблением энергии не только практичны, но и несомненно являются жилищем будущего. Возложим надежды на то, что строители домов начнут думать в разрезе нулевого потребления, проектируя новые дома.

Каждый из нас мечтает забыть о коммунальных платежах или хотя бы в разы их снизить. Однако, с каждым годом стоимость электроэнергии или горячего водоснабжения лишь неуклонно растёт на радость коммунальщикам и беду жителей нашей страны. Неплохим решением в экономическом плане может стать дом с нулевым энергопотреблением, который позволит если не полностью избавиться от оплаты услуг коммунальных служб, то значительно их снизить точно. Сегодня поговорим о подобных конструкциях, чтобы понять, каким образом они устроены.

Как таковое, энергопотребление никуда не пропадает, современному человеку без электричества не прожить. Речь идёт об отказе от электроснабжения от силовых сетей общего назначения, по которым подаётся энергия, созданная из невозобновляемых источников (уголь, газ). Для обеспечения автономности дома можно использовать три варианта – ветряки, солнечные батареи или генераторы , работающие от энергии течения воды. Выбор необходимого оборудования будет зависеть от местности и наиболее частой погоды в ней. Ведь если в регионе постоянно дуют ветра и мало солнца, смысла установки солнечных батарей не будет вовсе.

Что нужно знать для перевода дома на дешёвое энергопотребление

Если Вы только строите дом, сразу переключить его на нулевое энергопотребление не получится. Для начала следует собрать информацию о количестве потребления энергии в реальной жизни при периодических включениях той или иной бытовой техники, освещения. Статистика может составляться годами – только в этом случае можно быть уверенным, что она верна. А правильно собранные данные – это залог нормальной работы электроснабжения.

Полезная информация! Для сбора информации и составления статистики не обязательно выписывать все действия на бумагу, а после подсчитывать. Для этого существуют определённые приложения, подключаемые к системам дома. Они самостоятельно осуществляют сбор информации и обрабатывают её, выводя результаты при запросе пользователя.

Альтернативные источники электроэнергии – пока они используются лишь как вспомогательный вариант энергообеспечения:

Экономим на солнечных батареях: что требуется для сохранения бюджета

Если планируется подобный дом, следует озаботиться некоторыми нюансами ещё на этапе строительства. Первое, что влияет на расход электроэнергии – это плохие гидроизоляция и утепление стен, пола, причём как самого строения, так и подвала. Необходимо несколько раз всё перепроверять – малейший просвет в утеплителе приведёт к утечке тепла, а значит и к повышению расхода электричества.

Все лампы в доме должны быть энергосберегающими, а лучше и вовсе светодиодными – при том же световом потоке, как у ламп накаливания, светодиоды расходуют в 8 раз меньше электроэнергии, а срок их службы значительно больше.

Про бойлерные накопительные нагреватели для горячего водоснабжения придётся забыть – ни к чему круглосуточно поддерживать горячей 150-200 л воды, тратя электричество. Вопрос горячей воды решит установка проточного водонагревателя.

Первоначальные затраты на дом с нулевым энергопотреблением

Многим может показаться, что первоначальные работы по строительству оборачиваются слишком большими затратами. На самом деле, для того чтобы понять рациональность производства подобных работ и закупки оборудования, следует просто посчитать, какие суммы тратятся на электроснабжение, ГВС, ХВС (возле частного дома можно пробурить скважину) и отопление. Таким образом, станет понятно, через какое время окупятся солнечные батареи или ветряки, устанавливаемые возле дома.

Полезная информация! Для освещения двора лучшим вариантом будет использование уличных светильников на солнечных батареях, стоимость которых невелика. Они накапливают энергию в течение дня и способны работать несколько часов после заката солнца.

Дополнительные преимущества домов с экономичным энергопотреблением

При сложившейся сегодня экологической обстановке в мире, подобные дома, способные получать энергию из возобновляемых источников (солнце, ветер, течение реки) являются очень важным вкладом в сохранение природы. По расчётам инженеров, установив дополнительные пластины солнечных батарей или лишние ветряки, владелец даже сможет на этом заработать, продавая излишки электроэнергии в энергосбытовые компании. Однако, на сегодняшний день массового строительства подобных домов не наблюдается, а единичные случаи можно отнести к хотя и опытным, но проектам.

Интересно знать! Сегодня модно стало устанавливать панели солнечных батарей на балконах многоквартирных домов. Для освещения одной панели (300 Вт) вполне достаточно, а это уже пусть небольшая, но экономия.

В заключение

То, что подобные дома принесут пользу не только владельцам, но и окружающей природе – это факт. Не известно, сколько должно пройти времени, чтобы этот проект заработал в полную силу, но то, что это неизбежно, сомневаться не приходится. Конечно, довольно упорно продвижению будут сопротивляться коммунальные службы, теряющие миллионные прибыли в случае удачного распространения подобных домов по территории России, но это уже вопрос второстепенный. А для рядовых жителей подобные системы будут очень полезны, правда не сразу. Ведь в зависимости от энергопотребления, окупаемость подобного дома может уложиться в период от года до десятка лет.