Современный опыт -
ОБЗОР ЗАРУБЕЖНЫХ ДОСТИЖЕНИЙ
В шестидесятые годы XX века, по оценке эколога Д. Лефа, в мире насчитывалось 9 домов, которые можно было считать экспериментальными экологическими. Энергетический кризис начала семидесятых годов привел к появлению большого количества энергоэффективных и частично экологических экспериментальных проектов. Среди них было немало и экзотических, таких, к а к дома в виде шара, поворачивающийся за солнцем дом, дома, заглубленные в землю и т.д.
Активная фаза внедрения энергосберегающих технологий н а -чалась на Западе после того, как в 1973—1974 гг. в связи с агрессией Израиля против соседних государств арабские страны объявили сначала бойкот (эмбарго) на поставку нефти, а затем резко, в 6 раз, подняли цены. Эти события получили название энергетического кризиса 70-х. Они повергли Запад в шок и привели к резкой интенсификации научных разработок и практических действий по тотальному энергосбережению во всех сферах, в том числе в жилищной. Это было первым свидетельством того, что эра дешевой энергии заканчивается. Происшедшее впоследствии стало рассматриваться как счастливая случайность в том смысле, что западные страны получили серьезное предупреждение о реальности проблем, которые еще только появлялись на горизонте. Иными словами — «не было бы счастья, да несчастье помогло».
В 70—80-х гг. XX века на фоне бума экспериментов с энергоэффективными домами идея экодома носилась в воздухе и к н е й независимо пришли специалисты в разных странах. В настоящее время технологическая революция в области жилищного строительства в развитых странах, пройдя стадию опытно-конструкторской проверки новых идей и испытания эффективных домов в условиях реальной эксплуатации, перешла в стадию поэтапного внедрения новых стандартов в широкую строительную практику.
Поскольку большая часть вырабатываемой энергии в странах, расположенных в умеренном климате и севернее, тратится на жилищные и коммунальные нужды, острие политики повышения энергоэффективности направлено именно сюда. Нормы энергопотребления для вновь строящихся зданий систематически уменьшаются, активно ведется реконструкция существующих жилищ в направлении снижения их теплопотребления. Разработаны и становятся стандартом конструкции зданий, в которых на отопление затрачивается в 5—7 раз меньше энергии, чем раньше. Здания, в которых тратится в 10—20 раз меньше энергии, так называемые пассивные, уже вышли из категории экспериментальных и также внедряются в массовое строительство. Параллельно идет реконструкция старого жилого фонда с целью повышения его энергоэффективности. Для этого разрабатываются и осуществляются множество государственных программ, выделяются крупные субсидии.
Энергоэффективные дома строятся, как правило, не в единичных экземплярах, а в составе поселков. Часто они носят демонстрационный характер.
Если еще в начале 90-х гг. внедрялись проекты типа «100 тысяч крыш» (установка на крышах солнечных батарей), то сейчас уже реализуются программы «2 миллиона крыш» (Германия), «10 Миллионов солнечных крыш» (США), счет установленных тепловых насосов идет на миллионы. Вводится множество льгот и дотаций тем, кто устанавливает в доме солнечные батареи, тепловые насосы, улучшает теплоизоляцию и т.д. Это сулит лидирующим странам значительные перемены к лучшему: заметное улучшение экологической обстановки, сокращение общего потребления энергии до 30%, закрытие отсталых производств и создание новых, высокотехнологичных и т.д.
Швеция
В Швеции более половины жилищ представляют собой индивидуальные одноквартирные дома. Еще в 1983 г. в Швеции был введен стандарт на тепловую изоляцию, который требовал расхода отопительного тепла для домов не более 50—60 кВт-ч/м2 в год, другие европейские страны установили такой стандарт много позже. Этот стандарт примерно втрое жестче современного российского.
В Стокгольме более 10 лет успешно эксплуатируется комфортабельный дом с бассейном и огромным зимним садом, не имеющий не только канализации, тепло- и электроснабжения, но и водопровода. Правда, назвать такой экодом «народным» никак нельзя: он стоит довольно дорого.
Весьма интересный экологический дом построил для себя на севере Швеции инженер Олаф Тегистром. Это двухэтажный дом площадью 120 м2 , толщина слоя теплоизоляционного материала 24 см, окна имеют тройное остекление. В системе принудительной вентиляции имеется теплообменник. В доме поддерживается температура в 23 °С. Дом находится в местности с сильными ветрами, поэтому основным источником энергии служит ветрогене-ратор, установленный на мачте высотой 22 м. Он вырабатывает в год около 100 МВт-ч. электроэнергии. Энергия запасается в недельном тепловодяном аккумуляторе объемом 5 м3 и железо-титановом металлгидридном водородном аккумуляторе. Водород вырабатывается полимерным гидролизером из воды с КПД 35-40% по водороду. Все энергопотребление дома за год составляет 10 МВт-ч. Излишков энергии хватает для поездок на серийном автомобиле SAAB с двигателем, переделанным на водородное топливо. При наличии электроплиты семья предпочитает готовить пищу на газовой плите (с катализатором, подавляющим образование окислов азота), питающейся от водородного аккумулятора.
В шведском городе Бурос (58° северной широты) построен экспериментальный поселок из шести солнечных домов и одного дома — энергетического центра. В отдельном здании, предназначенном для энергетического обслуживания жилых домов, расположены солнечные коллекторы и тепловые насосы наружный воздух — вода и сточные воды — вода, водяной теплоаккумуля-хор на 25 м и резервный топливный котел. Солнечные коллекторы расположены также и на домах, общая их площадь составляет 150 м2, ориентированы они на юг под углом в 70 градусов к горизонту. Как видно из величины наклона, коллекторы настроены на получение максимума тепла зимой.
Если в домах образуется избыток тепла, оно по трубопроводам отводится в коллективный теплоаккумулятор. При недостатке тепла оно подается в обратном направлении. В среднем каждый дом потребляет 21 МВт-ч теплоты в год, из них 5 МВт-ч расходуется на горячее водоснабжение. В расчете на один дом 9 МВт-ч/год получается за счет солнечных коллекторов, 7 — от теплонасосов воздух — вода, 0,3 — от теплонасосов использующих тепло сточных вод.
Ряд двухэтажных энергоэффективных домов построен в г. Карль-стаде. Коэффициенты сопротивления теплопередаче стен и крыши равны соответственно 8,3 и 12,5 м2 град./Вт. Окна имеют тройное остекление. Поступающий в холодное время воздух проходит через пристроенную теплицу. Коэффициент воздухообмена равен 0,5 об./час. Дома относятся к классу ультранизкого энергопотребления, они расходуют на отопление 27 кВт-ч/м2 в год.
Финляндия
В Финляндии 76% всего населения и 58% горожан и жителей ближайших пригородов живут в отдельных или блокированных домах. В девяностых годах в Финляндии построено более 20 энергоэффективных домов. Разработан проект коттеджа с тройными окнами, отопительным теплопотреблением 39 кВт-ч/м2тод, что соответствует категории ультранизкого потребления энергии.
В 1999—2001 гг. на окраине Хельсинки был построен экспериментально-демонстрационный экологический район площадью на 1700 жителей. Его строительство осуществлялось в соответствии с программой европейского сообщества Thermie, которое включает в себя девять различных европейских экспериментальных проектов.
В домах предусмотрены, в том числе, низкотемпературные системы отопления (теплый пол), что позволяет эффективно использовать тепло обратной воды из системы централизованного теплоснабжения. Системы вентиляции включают установки рекуперации тепла и предварительный подогрев приточного воздуха солнечным теплом. Широко применяются солнечные водонагре-вательные устройства, с их помощью приготовляется треть всей потребляемой жителями горячей воды. Солнечные коллекторы вмонтированы в крыши домов. Последние имеют наклон в южную сторону в 47—60°, что обеспечивает увеличение теплопосту-плений в осенне-весенний период.
Дома в поселке имеют улучшенную теплоизоляцию. Стеновые деревокаркасные панели изготовлялись на заводе с использованием утеплительного материала, полученного из отходов макулатуры. Контроль температуры и учет тепловой энергии в домах осуществляется на уровне отдельного помещения. Благодаря перечисленным нововведениям на отопление зданий затрачивается в среднем 100 кВт-ч/м2-год, в то время как дома, построенные в Финляндии в 90-х годах имеют теплопотребление на уровне 160 кВт-ч/м2год.
Финляндия близка к России по физико-географическим условиям, в частности, по суровости зимы и по скудости солнечного тепла. На ее территории широко применяются различные активные и пассивные солнечные установки, что лишний раз свидетельствует о применимости их на территории России.
Германия
Во многих странах к настоящему времени построены и успешно эксплуатируются уже тысячи домов низкого энергопотребления. Количество построенных домов следующего поколения — нулевых по отопительному энергопотреблению в Германии измеряется уже многими сотнями. Эксплуатационные измерения показали, что все они оправдывают расчеты проектировщиков. Отдельные дома потребляют 5 кВт-ч/м2 в год теплоты, это означает, что будучи перенесенными в среднероссийские условия, они также смогут обходиться без отопления. При таких масштабах речь идет уже о переходе к типовому строительству энергоэффективных домов. В Европе такие дома строятся в соответствии с принятыми на уровне Европейского союза программами, например, программой CEPHEUS — «Эффективные по себестоимости пассивные дома как европейский стандарт». Такого результата можно достичь при сопротивлении стен теплопередаче около 10 м2-оС/Вт. Строителям и заказчикам энергоэффективных домов практически всегда предоставляются государственные субсидии и льготы.
В передовой по части энергоэффективности Германии на рубеже веков число энергопассивных, то есть с нулевым теплопо-треблением, домов перевалило за тысячу, а количество жилищ с низким теплопотреблением измеряется многими тысячами. Начали происходить сдвиги в профессиональном и массовом сознании, в результате чего в ряд ключевых показателей, оцениваемых при выборе жилья, наравне с ценой квадратного метра, вошло удельное теплопотребление. Часто для лучшего понимания и повышения убедительности киловатты на квадратный метр в год переводят в цифры расхода топлива. Например, расход дизельного топлива на обогрев одного квадратного метра в год в доме, построенном в 1950—1960-х гг. — эпоху увлечения модернизмом, равный 30 литрам, сопоставленный с 7 литрами для жилища с низким теплопотреблением или с полутора литрами — в энергопассивном доме, красноречиво и до ступно аргументирует преимущества экодома.
С финансовой и организационной помощью федеральных и земельных органов власти в ФРГ построено около полусотни поселков и жилых комплексов, которые в нашей терминологии можно назвать образцово-показательными и экспериментальными. В них используются и испытываются различные варианты проектов строительных материалов, конструктивных систем, инженерного оборудования. Обитатели этих «экопоселений XXI века», познавшие преимущества жизни без необходимости отапливать жилища либо делать это изредка, в один голос утверждают, что теперь они ни о каком ином типе жилища, кроме энергопассивного, и слышать не хотят.
Один из первых пассивных домов был построен в начале 90-х годов XX века в Дармштадте, в 50 километрах южнее Франкфурта. Он потребляет в год менее 15 кВт-ч/м2 тепла. Равномерное распределение температуры в нем создает ощущение комфорта, по отзывам очевидцев, прочие гигиенические параметры в нем выше всяких похвал. Конструктивной особенностью, отличающей его от других пассивных домов, является двусторонняя пенная изоляция оконных рам. В системе вентиляции, кроме обычного рекуператора, установлены подземные пластиковые трубы для приточного воздуха. Этот прием, традиционный для Германии, позволяет зимой предварительно подогревать приточный воздух теплом земли. Таким образом, практически воздухонепроницаемый дом постоянно имеет большой приток свежего воздуха, почти без затрат энергии.
Свежий воздух направляется в те помещения, где находятся люди и в зависимости от их количества. За этим следит автоматическая управляющая система, получающая сигналы от измерителей концентрации углекислого газа. Выдающимся достижением проектировщиков явилось то, что им удалось сократить электропотребление дома в четыре раза. Дармштадский дом, будучи экспериментальным, в свое время оказался довольно дорогим. В дальнейшем немецкие специалисты направили свои усилия на то, чтобы сделать подобные дома экономичными. Уже в 1996 г. им удалось построить несколько десятков домов низкого энергопотребления без какого-либо удорожания. Немецкой фирмой «Weberhaus» в Баден-Вюртемберге разработан уже типовой проект коттеджа без отопления. Удельный расход тепла в нем должен составить 16 кВт-ч/м2 -год. В доме имеется водяной теплоаккумулятор объемом 18 м3.
Немецкий архитектор Теддо Терхорст построил дом весом в 180 т, поворачивающийся за солнцем по рельсам, проложенным на бетонной плите. Таким образом, фасад с фотоэлектрическими батареями, как подсолнух, все время ориентирован на солнце. Собираемой солнечной энергии хватает для отопления и электроснабжения дома, а также для его вращения. Последнее производится с помощью двигателя мощностью в 20 ватт. В 1994 г. европейскую премию получил дом в одном из пригородов немецкого города Порцхейма, южный фасад которого имеет стены с прозрачной теплоизоляцией. Летом фасад затеняется жалюзи. Дом имеет тепловые и электрические солнечные батареи, бак для горячей воды объемом 15 м2. Годовой расход тепла — 20 кВт-ч/м2-год.
В Фраунгоферовском институте солнечных энергосистем, расположенном во Фрейбурге на юге Германии, в 1992 г. был построен экспериментальный солнечный дом. Дом имеет электрические солнечные батареи площадью 36 м2, систему водородной энергетики. Сезонным аккумулятором служат водородные и кислородные емкости, газы получаются электролизом воды. Имеется маневровый кислотный электроаккумулятор на 20 кВт-ч. Отопление требуется в течение 15 дней в году, для этой цели сжигается водород. Последний получается электролизом воды электроэнергией, полученной от солнечных батарей. Хранится водород в химически связанном виде в металлгидридных аккумулято-pax. Отдельно сохраняется получаемый при электролизе кислород При необходимости водород и кислород подаются на топливный элемент, который вырабатывает электроэнергию и тепло. Дом полностью энергоавтономен.
Фрейбургский дом нельзя считать экологическим, однако среди энергоэффективных он является сейчас одним из самых совершенных экспериментальных домов. Стоимость его довольно велика, она составляет несколько миллионов долларов. Город является одним из мировых центров энергоэффективного домостроения и применения возобновляемых источников энергии. Одна из немецких фирм разработала проект энергоэффективного двухэтажного дома площадью 170 м2. Его окна снабжены наружными автоматическими свертывающимися ставнями. В системе вентиляции используется тепловой насос воздух-вода. На крыше поверх черепицы установлены солнечные батареи для нагрева воды с баком емкостью 300 м3.
Весной 2000 г. в Германии под Кёльном было закончено строительство дома на 165 м2, в котором в системе отопления используется грунтовый теплонас, в системе вентиляции рекуперируется 90% тепла. Горячее водоснабжение осуществляется от солнечного коллектора. В год на отопление этому дому требуется 2000 кВт-ч тепловой энергии, что в 10 раз меньше, чем по последним немецким нормативам (120 кВт-ч/м2-год). Цена составляет около 1000 долл./м2 .
На вопрос «дороги ли энергопассивные здания?» ведущий не--ецкий специалист по ним Вольфганг Фейст отвечает: «Некоторые компании предлагают пассивные здания по ценам, сопоставимым с ценами обычных домов. Однако более высокие требования к конструкции пассивных домов отражаются в некотором увеличении цены. Дополнительные затраты известны из опыта уже осуществленных проектов. Стоимость дома в 100 м2 в Ганновере составила около 15 тысяч дойчемарок (7669 евро); для одной квартиры в двухквартирном доме в Нюрнберге с жилой площадью (?) 130 м2 — 25 700 Dm, или 13140 евро.
В конечном счете, ежегодная экономия энергии составляет 1000—2000 Dm, налоговые льготы согласно немецкому экологическому законодательству и специальным льготным кредитам, согласно программе строительства пассивных домов делают пассивные дома в германии более экономичными, чем обычные». Вслед за жилыми домами в Германии начинают строить деловые и административные здания пассивного класса. В Германии за последние полвека резко возрос интерес к глиняным материалам, применяемым для строительства. В ФРГ основными строительными материалами являются изделия из бетона и пластмасс, однако при эксплуатации домов они способствуют развитию тяжелых заболеваний у жителей. В настоящее время в Германии наблюдается бум экологически чистого строительства. Рынок строительных материалов предлагает разнообразные экологически чистые материалы, в том числе глиняный кирпич, глиняную штукатурку, глинистый раствор, глиносоломенные блоки (последние закупаются в Белоруссии).
Издавна для Германии было традиционным фахверковое строительство. Сохранились в хорошем состоянии и эксплуатируются до сих пор фахверковые (каркасные) здания, построенные из дерева и глинистых материалов еще 700 лет назад. Это является яркой иллюстрацией возможной долговечности дерево-каркасных построек. Глина в фахверковых конструкциях консервирует древесину, предохраняет ее от гниения, создает оптимальный влаж-ностный режим. Конструктивное сочетание деревянного каркаса с глиной позволяет возводить долговечные экономичные дома с благоприятными санитарно-гигиеническими характеристиками.
Настойчиво проводимая немецкими властями политика в области энергосбережения и альтернативной энергетики, поддержанная всем обществом, уже принесла зримые плоды стратегического масштаба. При ощутимом экономическом росте и укреплении могущества страны во всех смыслах потребление энергоресурсов в Германии за последнее десятилетие сохраняется пример, но на одном уровне со слабой тенденцией к снижению. За этим неэффектным, на первый взгляд, результатом вырисовывается то, что дорого стоит — отказ от парадигмы развития принимаемой до сих пор в большинстве стран за аксиому. Ее суть состоит в жесткой привязке экономического роста к увеличению энергопотребления.
За последнее десятилетие XX века в Германии, согласно статистическим данным, потребление первичных энергоресурсов сократилось на 3 процента, а валовой национальный продукт вырос на 11 процентов. Данная тенденция будет, скорее всего, сохраняться, поскольку, с одной стороны, цены на энергоносители неумолимо ползут вверх, а с другой стороны — Киотский протокол по ограничению выбросов парниковых газов — отходов процессов энергопотребления — будет выполняться, несмотря на саботаж со стороны США. Нелишне будет заметить, что в жилищно-коммунальной сфере Германии энергопотребление также снизилось на 3 процента, несмотря на то, что там ежегодно вводят в строй около 600 тысяч новых жилищ, что, кстати, в полтора-два раза больше, чем в России, при наполовину меньшей численности населения и при более чем в два раза просторных апартаментах.
В 1999 г. в связи с введением высоких налогов на потребителей топлива в Германии развернулась дискуссия о том, останется ли нефть основным видом топлива или ее место займет газ. В результате спорящие стороны неожиданно для себя пришли к выводу, что с удорожанием энергии и с сокращением ее потребления будет прогрессировать национальное хозяйство.
Швейцария
На севере Швейцарии в городке Герисау архитектором Петером Дрансфельдом построен экодом в распространенном в Европе «сарайном» стиле. В здании расположены небольшой офис и квартира. В здании используются прозрачная изоляция на южном фасаде, вакуумно-водяные солнечные колллекторы, водяной аккумулятор тепла, травяная крыша. Наружная поверхность южной стены в солнечный день нагревается до 70°С, внутренняя, кирпичная часть стены до 40-°С. Остальные стены утепленные каркасно-деревянные с сопротивлением теплопередаче 5 м2-°С/Вт. В итоге затраты тепла составляют менее 15 кВт-ч/м2 в год.
В другом месте частным лицом построен четырехэтажный коттедж общей площадью 585 м2 со стенами из многослойных блоков толщиной 30 см с теплосопротивлением R = 7.4. Площадь остекления равна 163 м2 , применены трехслойные дерево-аллю-миниевые окна с К = 1,15. Коттедж не имеет обычной системы отопления, обогревается только периметр окон с помощью маломощных электронагревателей. Естественная вентиляция управляется автоматической заслонкой. Годовой расход тепла 12 кВт-ч/м2 .
В городе Ленцбург в середине 90-х годов был построен вось-миквартирный дом простой прямоугольной формы. Планировка квартир предусматривает возможность присоединения некоторых комнат к той или иной соседней квартире, что позволяет увеличить число планировочных вариантов. Вдоль южного фасада расположены балконы и полностью остекленные стены. На крыше дома установлены солнечные коллекторы, обеспечивающие жильцов горячей водой и отоплением. Предусмотрена управляемая жильцами вентиляция с рекуперпцией тепла, которое поступает в контур первичного подогрева теплоносителя. Дом построен как коммерческий проект, без государственных субсидий.
В Швейцарии на данный момент построено более 2600 гелиоустановок на фотопреобразователях мощностью от одного до тысячи киловатт. Там этот процесс происходит в рамках программы «За энергонезависимую Швейцарию» и позволяет значительно снизить расходы на импорт электричества.
Голландия
В Голландии уже более 20 лет действует «Маленькая земля» — центр по экологическому образованию, озеленению и экологическому земледелию. В нем организуются разнообразные семинары, курсы, выставки. Издаются книги и журнал. На территории центра построены энергоэффективные дома, укомплектованные фотоэлектрическими и тепловыми солнечными системами, ветряными двигателями, тепловыми насосами и т. д., демонстрируются новые экологичные строительные материалы и инженерное оборудование. Из-за наплыва посетителей центр в настоящее время, существенно расширяется.
Другим примером является двухэтажный экспериментальный дом в Розмалене. В конструкциях бетонных перекрытий использовано стекловолоконные стержни вместо железной арматуры. Перекрытия получились более легкими и долговечными. Имеется система сбора и очистки дождевой воды. Мусор сортируется по четырем категориям. Имеется система централизованной уборки пыли, автоматическое управление внутренним климатом. Дом построен при кооперации множества фирм и исследовательских институтов как образец высокотехнологического дома будущего. Будучи демонстрационным, он принимает большое количество экскурсантов.
В Голландии строятся целые поселки и городские кварталы малоэтажных экологичных домов, в том числе блокированных. Ниже приведено изображение одного из типичных проектов. Цель проекта — построение поселка из индивидуальных однотипных домов нулевого теплопотребления (пассивных). Дома комплектуются солнечными электрическими модулями, тепловыми насосами и установками возврата тепла вентилируемого воздуха. Тепловой насос летом может быть использован для охлаждения. Летом тепло закачивается в грунт и зимой с помощью теплового насоса используется для отопления. В 1995—1996 гг. в городе Дордрехте к югу от Роттердама, построен поселок из 22 односемейных энергоэффективных домов. На каждом доме смонтированы солнечные электрические батареи мощностью в 1 кВт (около 1 м2). Проект финансировался ЕС в рамках программы по энергоэффективности Thermie SE102/95/ NL/DE. Решения, осуществленные в этом проекте, рассматривались как будущий стандарт жилищного строительства в Голландии.
Отличительной особенностью голландских энергоэффективных домов является широкое применение фотоэлектрических модулей, несмотря на их сегодняшнюю дороговизну. Это оказывается возможным при финансовой поддержке государства. В Нидерландах за десять лет, начиная с 1990 г., потребление первичных энергоресурсов сократилось на 2,4%. Ряд развитых стран за последние 15—20 лет добился 20—25%-го снижения потребления энергии в жилищно-коммунальной сфере
Ценность земли в Голландии одна из самых высоких в мире, поскольку страна эта густонаселенная, а многие территории отвоеваны у моря с помощью дамб. И при этом голландцы предпочитают жить в малоэтажных домах с толстыми, хорошо утепленными стенами, и это в весьма мягком, по сравнению с нашим, климате. На этом примере ярко видна вся абсурдность отечественной жилищной политики за последние 80 лет, когда людей под предлогом нехватки территорий сгоняли с земли и загоняли в вертикальные трущобы, именуемыми многоквартирными домами. И отечественная строительная «наука» до сих пор категорически против толстых утепленных стен под тем же предлогом дороговизны земли.
Дания
В Дании проектирование новых жилищ ведется с позиций жесткого энерго- и водосбережения. Использование в быту энерго- и водосберегающих приборов поощряется в национальном масштабе.
Жилой комплекс Скоттенпаркен состоит из ста сблокированных малоэтажных домов. Он расположен в Баллерупе, предместье Копенгагена. Предназначен для людей с низкими доходами. Его строительство финансировалось Европейским союзом в рамках программы Thermie, предназначенной для поощрения исследований и экспериментов в области использования альтернативных источников энергии.
В центре застройки расположен пруд, питающийся дождевыми водами, отводимыми, в том числе, с крыш зданий. Солнечные коллекторы вмонтированы в крыши как элементы кровли. Все квартиры имеют остекленные веранды. В состав комплекса, как это принято в Европе, входит многофункциональное здание для общественных нужд. Сторож, живущий в одной из квартир, одновременно выполняет функции слесаря, оператора инженерных систем, дворника и ряд других.
В плане энергоэффективности в домах применены эффективные стены и окна (6 и 1,5 м2 °С/Вт соответственно, что в два раза выше норм), солнечные коллекторы сведенные в шесть полей из расчета 5,7 м2 на квартиру, регенераторы тепла вентилируемого воздуха. Регенераторы установлены по одному на 4—5 квартир, их эффективность составляет 80%, дополнительное потребление электроэнергии — 20 Вт на квартиру. Применены водоэкономная сантехника и энергоэкономичные бытовые приборы. Все инженерные системы находятся под управлением компьютерной системы. Комплекс снабжается энергией от своей ТЭЦ на газовой турбине. Благодаря малой протяженности теплотрассы потери тепла минимальны.
Один из проектов строительства энергоэффективного жилья в Дании реализуется в рамках директивы «Европейская жилищная экологическая сеть». В 1999 г. в Дании начато проектирование и
строительство городского квартала из 21 жилого дома и одного общего здания. Одноквартирные дома имеют площадь 132 и 148 м2. Типичный дом оснащен тепловыми насосами на средства, выделенные по проекту «Европейские зеленые города». Дома одно- и двухэтажные. Основной конструкционный материал — дерево, в центре дома предусматривается массивный несущий кирпичный сердечник, в который встроена дровяная печь. Использованы солнечные тепловые и электрические батареи. Основные жилые комнаты имеют постоянное отопление, спальни — периодическое. Летом предусматривается естественная вентиляция, зимой приточно-вытяжная с рекуперацией. При-квартирные участки имеют размер 400—600 м2. В запроектированных домах потребление тепла в 2,5 раза ниже, чем того требуют датские строительные нормы. Потребление воды снижено на 35%, в варианте со сбором дождевой воды — на 59%. Годовое теплопотребление на отопление и приготовление горячей воды составляет 40 кВт-ч/м2-год. В отдельном здании размещается газовая котельная. Система отопления комбинированная: на первом этаже — обогреваемый пол, на втором — радиаторы, нагревающие кирпичный сердечник.
Рекуператор вентиляционного тепла имеет эффективность 80-90%, оснащен двумя экономными 35-ваттными малошумящими электровентиляторами. Уровень шума вентиляторов — 26 деци-белл, что делает их работу практически неслышимой. Годовое потребление энергии вентиляторами 200 кВтч. Электротепловое соотношение между затраченной электроэнергией и сэкономленным теплом составляет 1:8, при использовании энергии от солнечных батарей оно может снизиться до 1:15. В настоящее время, в двух других датских городах планируется строительство аналогичных кварталов. Круглый в плане энергосберегающий и экологический дом в модернистском стиле построен в Тааструпе архитекторами Ф. Ску-дом и И. Мольтке. В центре дома, над гостиной, расположен прозрачный купол, который может автоматически закрываться панелями, выполненными подобно лепесткам цветка. В результате мероприятий по экономии тепла в жилищном секторе Дании потребление тепла сократилось с 1972 по 1985 г. на 28%, а с учетом увеличения жилой площади сокращение на 1 м2 составило 47%. Ряд зарубежных стран за последние 15—20 лет добился сокращения энергопотребления в коммунальной сфере на 20 —25%.
Ирландия
В южной Ирландии в середине 90-х годов построена пермакультур-ная усадьба. Дом расположен в лесу на участке площадью около одного гектара. Он предназначен для жилья и работы. Дом построен из дерева и других натуральных материалов. Застекленная веранда с южной стороны дома используется для нагрева воздуха, который затем подается в дом. В качестве теплогенераторов используются тепловой насос, резервуаром тепла для которого служит пруд, и резервная дровяная печь. Канализационные стоки после септика очищаются в тростниковом фильтре, после чего поступают в систему прудов, где подвергаются окончательной очистке.
Англия
В английском городке Ист Моулен семья безработных на ипотечный кредит построила экологичный дом. Он был построен из местных материалов, одним из критериев их отбора служила минимальная включенная энергия. Под этим подразумевается энергия ушедшая на изготовление и транспортировку материала. Значительную часть строительных работ выполнили сами будущие хозяева, поэтому дом оказался очень дешевым. На южной стороне здания расположена большая оранжерея, выполняющая роль приемника солнечной энергии, зимнего сада и дополнительного жилого пространства. Предусмотрена система сбора дождевой воды. После накопления средств предполагается установка солнечных электрических батарей. Хозяева, оборудовав домашний офис, нашли удаленную работу на компьютере по телекоммуникационной магистрали, благодаря чему им не приходится ежедневно ездить на работу, что снижает транспортную нагрузку и выбросы. Кроме того, занялись выращиванием овощей, ягод и зелени в оранжерее на продажу.
Кредитование строительства жилья безработными обычно не практикуется, поэтому данный случай носит нетипичный характер. Однако в результате местная община, которая на 95% финансировала строительство, выдав ипотечный кредит, получила полноценных членов, вместо маргиналов, которым требовалось бы выплачивать пособие по безработице из того же местного бюджета. Экологический дом в пригороде старинного университетского города Оксфорда умышленно построен в скромной традиционной манере. В доме применено трехслойное остекление, нагревшийся в пристроенной теплице воздух подается в дом. Особенностью проекта является большое количество солнечных электрических батарей на крыше. Солнечные водяные коллекторы обеспечивают 70% тепла, необходимого для горячего водоснабжения и отопления. В доме есть дровяная печь-камин, она используется больше для создания традиционного английского антуража, чем для отопления.
В южной части Лондона построен поселок из 84 малоэтажных домов с приусадебными участками земли. На южных скатах крыш установлены тепловые и электрические солнечные батареи. Стены домов имеют полуметровую толщину, окна — с тройным остеклением. Дополнительная энергия для отопления и горячего водоснабжения производится на локальной теплостанции, работающей на древесных отходах. Дома пользуются повышенным спросом у покупателей. «Люди слишком напуганы всевозможными прогнозами на будущее, в том числе экологическими катастрофами, причиной которых станет активное использование традиционных источников энергии — нефти, газа, угля, — говорит главный архитектор проекта, получившего название BedZED, Билл Данстер (Bill Dunster). — Многие говорят, но мало кто делает что-то конкретное, поэтому наш проект и вызвал такой интерес». По словам Данстера, свою заинтересованность в технологии BedZED уже выразили Китай и Индия. В США кварталы подобных домов уже построены в Калифорнии и Виргинии. «Как только люди поближе знакомятся с нашими домами, они сразу изъявляют желание там пожить», — замечает Данстер.
В Англии по проекту, разработанному в Нортумберлендском университете, был построен солнечный дом. Установленные на его фасаде солнечные батареи вырабатывают 40 кВт — треть необходимой дому энергии. В Великобритании с начала девяностых годов действует национальная рейтинговая система оценки построенных зданий и проектов с точки зрения экологичности в широком смысле этого слова. В этой системе экспертами пристально рассматривается множество параметров, характеризующих различные аспекты сооружения: начиная с эффективности системы вентиляции или безопасности строительных материалов и кончая архитектурно-художественными решениями вкупе с эргономичностью рабочих мест. В Великобритании имеются и вращающиеся дома, которые относятся к классу энергоэффективных.
Офисное здание, построенное для известного британского издательского концерна «Эдисон, Уэсли, Лонгмэн». Здание было построено в модернистском стиле, который считается антиэкологичным. Проектировщиками были предприняты экстраординарные меры, которые позволили зданию занять в экологическом рейтинге первое место и продержаться на нем целых два года. Можно сказать, что экологичным здание стало не благодаря, а вопреки, первоначальной архитектурной концепции, которая неоднократно подправлялась в процессе проектирования и строительства, зачастую в направлении, обратном исходным замыслам. Тем не менее, модернистский облик здания был сохранен из-за архитектурно-идеологических предпочтений заказчика, хотя всем участникам проекта постоянно приходилось изобретать разные приемы, чтобы преодолеть недостатки, органически свойственные корбюзи-анским схемам.
С командой проектировщиков, включавшей в себя архитекторов, инженеров-конструкторов по разным направлениям, экологов, гигиенистов, дизайнеров по интерьерам, встречались представители различных категорий персонала концерна, начиная с президента и кончая уборщицей.
В частности, для архитекторов оказалось удивительным то, что все без исключения сотрудники концерна протестовали против устройства систем кондиционирования, герметизации окон и остекленных фасадных систем. Люди дружно требовали, чтобы у них была возможность открывать окна! Идея же экологического здания, то есть построенного из экологичных материалов экологичными методами, сберегающего в процессе жизни энергию и другие ресурсы, вмещающего в себя экологичные процессы и эффективную основную деятельность, не производящего вредных или неутилизируемых отходов, встретила полное понимание и поддержку на всех уровнях управления концерна и у рядовых сотрудников.
В число непреложных требований персонала вошла обязательность индивидуального контроля параметров рабочего места и комфортности рабочей среды. Данный эмпирически полученный результат совпадает с результатами психологических исследований, проведенных в 90-х годах европейскими учеными, подтвердивших, что для человека осознание возможности контроля и регулирования параметров среды важнее самого контроля и регулирования.
Канада
В переводе на русский с индейского «Канада» означает «большая деревня». И действительно, в немногих небоскребах крупных городов люди только работают. А живут они в большинстве в собственных одноэтажных домах. Под удобством и надежностью дома в Канаде понимают не крепостную массивность кирпичных стен, а степень насыщенности инженерными системами. Канадский дом как правило предоставляет:
- современную систему вентиляции, которая может дополнительно обогревать или охлаждать дом;
- беспроблемную канализацию;
- электроснабжение от резервных источников;
- спутниковую антенну, телефон, соединение с Интернетом.
Пылесос в канадском доме, как правило, ставится стационарно
в подвале, а во всех комнатах имеются розетки для присоединения пылесборного шланга. Все это входит в цену дома. Подход к решению проблемы экономии топливных ресурсов и энергии предполагает:
- уменьшение теплопотерь здания;
- использование энергии, выделяемой различными источниками домового тепла;
- использование возобновляемых источников энергии.
Так, канадская фирма «Concept Construction» построила 20 энергоэффективных домов в провинции Саскачеван, климатические условия которой характеризуются зимней расчетной температурой -34,5°С и 6,1 тыс. градусо-дней отопительного периода. Это соответствует среднесибирским условиям. В домах «Concept Construction» предусмотрены различные конструктивные меры по сокращению теплопотерь. Основными из них являются:
- усиленная теплоизоляция наружных стен и перекрытий (соответственно в 3 и 2 раза выше нормативной);
- обеспечение паронепроницаемости наружных стен полимерной пленкой;
- применение теплообменников для нагрева поступающего свежего воздуха теплом удаляемого;
- использование солнечной энергии.
Пример планировки дома этой фирмы показан ниже. В северной стене устраивается только одно окно для освещения кухни. Минимальное количество окон также в западной и восточной стенах.
На входе для сокращения теплопотерь предусмотрен тамбур. Южная стена полностью остеклена. При этом только треть остекленной поверхности используется для естественного освещения и инсоляции общей жилой комнаты. В остальной части стены за остеклением размещена железобетонная стеновая панель толщиной 25 см с окрашенной в черный цвет наружной поверхностью. Зазор между этой панелью и внутренним стеклом, равный 5 см, образует своего рода высокую и тонкую теплицу. Солнечная радиация, проходя через остекление, поглощается черной поверхностью бетонной стены и нагревает ее. Важным моментом является герметизация наружных ограждающих конструкций полиэтиленовой пленкой. Помимо того, что она препятствует теплопотерям за счет инфильтрации воздуха, в качестве пароизоляции предохраняет теплоизоляционный слой от намокания конденсатом внутреннего воздуха. Для системы вентиляции использован воздушный теплообменник в подвальном помещении, который позволяет извлечь из отработанного воздуха 80% тепла. Циркуляция воздуха в помещениях дома естественная. Лишь для кухни и ванной комнаты применяют вентилятор в системе вентиляционных каналов.
Стоимость типового дома площадью 98 м2 с малым потреблением энергии увеличилась за счет:
- повышения стоимости южной стены;
- дополнительной теплоизоляции;
- использования воздушного теплообменника.
В типовом двухэтажном доме фирмы «Enercon Building Corporation», имеющем жилую площадь 153,5 м2 и отапливаемый подвал 83,6 м для сокращения расходов на отопление предусмотрено:
- теплоизоляция стен в 3,2, а чердачного перекрытия в 2,6 раза выше местного норматива;
- утепленные ставни для всех окон, закрываемые на ночь;
- большая площадь остекления южной стены;
- полиэтиленовая воздухо- и пароизоляция;
- воздушный теплообменник;
- внутренние тамбуры у входных дверей;
- тройное остекление окон;
- воздухораспределительная система со встроеннным электронагревателем.
Принятые меры по снижению потерь энергии в суперизолированном доме приводят к удорожанию дома на 7—8% (без учета стоимости земельного участка). К основным статьям дополнительных расходов относятся:
- более эффективная теплоизоляция стен, состоящих из стоек 5x15 см, плит из стекловолокна и наружной обшивки слоем полистирола — повышение стоимости дома на 3%;
- воздушный теплообменник и система вентиляции для кухни и ванной комнаты — повышение на 2%;
- более высокое качество окон (оконные переплеты и уплотнения, обеспечивающие герметичность) — повышение на 1,5%;
- полиэтиленовая изоляция — повышение на 0,5%;
- контроль качества — повышение на 1%.
Затраты дополнительных 7—8% экономически вполне целесообразны. Строительство таких домов выгодно как домовладельцу, так и всему обществу.
Научным центром северного строительства на севере Канады построен энергоэффективный дом для условий вечной мерзлоты. Двухэтажный дом установлен на четырех опорах, имеет теплосберегающие двойные окна с аргоновым заполнением, систему регенерации тепла, биореактор для переработки органических отходов в удобрения, индивидуальную установку очистки сточных вод.
США
Примером соединения современных технологических решений и традиционной объемно-планировочной структуры является двухэтажный дом в штате Массачусетс, в районе с сохраняемой исторической застройкой (рис. 1). В холодном (сравнительно с другими штатами) климате Массачусетса требовалось максимально изолировать все элементы здания. Компактный двухэтажный дом с северной стороны слегка заглублен в склон и защищен от холодных ветров гаражом. Вход в дом — через тамбур с промежуточного уровня. Единое пространство первого этажа ориентировано на юг, в нем выделена кухня посредством использования раздвижной перегородки. В центре общей зоны находится оранжерея, которая может быть изолирована при помощи управляемой вручную драпировки. Накопление тепла происходит в простенках южного фасада по типу стены Тромба: бетонные стены толщиной 30 см покрашены снаружи в черный цвет и остеклены. Воздух циркулирует через вентиляционные каналы на уровне пола и под потолком первого этажа. Излишки тепла поглощаются массивным бетонным основанием, покрытым темной керамической плиткой. В центре главного помещения находится отверстие в перекрытии (2,0 X 2,5 м), через которое теплый воздух поднимается на верхний уровень, обогревая спальни. Благодаря окну верхнего света в кровле этим же способом осуществляется активная вентиляция здания в летнее время. Отапливаемая площадь дома около 200 м2.
Жилой дом в штате Нью-Гемпшир также спроектирован для холодного климата (рис. 2). В этом компактном здании с традиционной скатной кровлей комбинируется непосредственный обогрев помещений первого этажа с получением тепла в примыкающей к дому, встроенной в склон теплице. Акккумуляторами тепла в ней служат вертикальные стеклопластиковые трубы с водой, окрашенные в черный цвет, а в жилых помещениях первого этажа — массивные стены, ограждающие лестницу, и бетонное основание. Стена толщиной 30 см и длиной 2,5 м расположена сразу за южным проемом. В спальнях второго этажа аккумулятором поступающей через проемы радиации служат емкости с водой, установленные в специальные ниши. Функционирование системы обеспечивается при помощи подвижных жалюзи под свесами кровли и на плоскости остекления теплицы, раздвижной двери между теплицей и жилым пространством, а также вентиляцией через лестницу и фонарь верхнего света в крыше.
С целью стимулирования использования ВИЭ для оснащения домов еще в 1977 г. в США был принят закон, согласно которому кредиты домовладельцам, устанавливающим дополнительную теплоизоляцию, выдавались с дополнительной скидкой в 25% для первых потраченных 800 долларов и 15%-ной скидкой на последующие 1400 долларов. Компании получали 10%-ную скидку на подобные мероприятия. Любая семья, устанавливающая солнечные обогревающие коллекторы, получает 40%-ную налоговую скидку на первую потраченную 1000 долл. и 25%-ную скидку на последующие 6400 долл.
В 1996 г. с участием специалистов Национальной лаборатории энергосбережения построено в штате Колорадо, США, здание общей площадью 930 м2. Козырьки над верхним рядом окон спроектированы таким образом, что они предохраняют от прямого солнечного света в жаркий период года, однако не затеняют помещение в зимнее время. Здание расположено в районе с жарким летом и довольно теплой зимой (средняя температура января выше нуля). Структура его энергопотребления по этой причине резко отличается от таковой для зданий, эксплуатирующихся в холодном климате. В общих энергозатратах доминируют затраты на освещение 50%, на отопление приходится 8%, появляются затраты на летнее охлаждение 8—15%.
В системе вентиляции используются воздухо-воздушные рекуператоры теплоты. Стены имеют, в зависимости от ориентации, коэффициент термического сопротивления R от 1,8 до 4,0, окна — 0,42. Расход энергии на эксплуатацию здания снижен втрое по сравнению с требованиями стандартов. Достаточную популярность получила идея заглубления компактного здания в грунт. Благодаря теплоизолирующим свойствам грунта такое здание сразу приобретает большую энергетическую автономность, независимость от погодных условий. Распространению подобных решений способствует улучшение качеств гидроизоляционных материалов и систем инженерного оборудования (вентиляции, дренажа). Основными требованиями к участку являются:
- наличие сухих, не склонных к эрозии, желательно песчаных почв;
- низкий уровень грунтовых вод;
- наличие рельефа;
- небольшая относительная влажность воздуха.
В качестве примера рассмотрим двухэтажный суперизолированный дом в относительно холодном климате штата Миннесота. Здание имеет трапециевидную в плане форму с широким фасадом, обращенным на юг. Остальные фасады находятся в земле, т.к. участок поднимается к северу. Элементами пассивного солнечного отопления служат витражи и оранжерея южного фасада с тройным остеклением проемов, массивные бетонные стены и кирпичные полы. Вход в дом — с промежуточного уровня. Вдоль северной стены расположены нежилые помещения. Для уменьшения энергопотребления использован дифференцированный режим эксплуатации помещений. На первом этаже располагаются гостиная, кухня, столовая, которые требуют наибольшего отопления в дневное время, на втором этаже — спальни, пик потребления тепла в которых приходится на вечернее и ночное время. Теплопоступление регулируется системой клапанов и венткана-лов. Для горячего водоснабжения имеются водяные коллекторы. Вертикальная вентиляция организована через двухсветную оранжерею и фонарь верхнего света. Плоскость остекления защищена от летнего перегрева специальным навесом.
На плоских участках используется земляная подсыпка, имитирующая заглубление в грунт.
Наглядной агитацией в пользу прекрасных эксплуатационных качеств энергоэффективного дома является дом Ловинсов, в котором, кроме хозяев, живут и сотрудники Института Скалистых гор. Здание площадью 435 м2 расположено в штате Колорадо на высоте почти 2,5 км над уровнем моря. Здесь много солнца, но часто случаются суровые зимы, когда температура опускается ночью до -30°С. Одной из стен дома служит склон горы. В здании отсутствует традиционная система отопления. Это стало возможным благодаря хорошей теплоизоляции. В стенах помещены специальные прокладки из полиуретана. Герметичные двойные рамы окон заполнены аргоном, а на стекла нанесены тончайшие пленочные покрытия, прозрачные для видимого света, но отражающие инфракрасное излучение. В результате в комнатах много света, а изоляционные качества таких окон вдвое лучше, чем у обычных с тройными рамами.
Обогревается здание, как за счет солнечной радиации, так и за счет тепла, выделяемого его жильцами, растениями и приборами. Тем не менее, в помещениях даже в самые морозные ночи поддерживается температура около 21°С. Более того, почти каждый день приходится освобождаться от избыточного тепла. В доме в качестве резервных теплогенераторов есть две небольшие дровяные печки, которые используются эпизодически, в основном ради удовольствия. Под застекленной крышей находится оранжерея, в которой круглый год растут фрукты и овощи. Вода для полива сначала проходит через аквариумы с рыбой, где она обогащается кислородом и органическими веществами. Горячая вода получается под действием солнечной радиации и хранится в специальных резервуарах, обогревая часть помещений. Дом сравним с небольшой нефтяной скважиной, дающей 2/3 барреля нефти в день.
Вместо традиционных ламп освещения применяются флуоресцентные мощностью в 8 Вт. В кухне встроенные холодильник и морозильник расходуют в 6 раз меньше электроэнергии, чем аналогичные по объему стандартные аппараты, отчасти благодаря такому простому усовершенствованию, как изменение положения мотора, а также прекрасным изоляционным качествам. Душ и туалеты расходуют на 90% меньше воды, чем аналогичные в обычных домах. В роторных воздухообменниках отработанный воздух используется для подогрева поступающего с улицы свежего. В целом в доме Ловинсов расходуется менее 0,1 количества электроэнергии и около 1/3 объема воды, которые потребляются в обычных зданиях такого же размера и расположенных в сходных климатических условиях.
Дополнительные расходы на утепление оказались меньше, чем экономия при строительстве. Жизнь показала, что дополнительные затраты на улучшение теплоизоляционных свойств и повышение эффективности использования энергии за счет сокращения расходов на топливо и электроэнергию окупаются в течение 10 месяцев. В США был построен один из первых вращающихся домов. Американский архитектор Ричард Фостер, который спроектировал и построил себе вращающийся дом в штате Коннектикут, описывает проживание в нем как «совершенно особенный опыт, когда искусство жизни достигает невиданных прежде границ».
Весьма интересные энергоэффективные дома в США строит изобретатель Норман Саундерс. Их отличие состоит в минимальном использовании автоматики и другой приводной техники. За счет использования оригинальной системы из солнечной теплицы и верхних и нижних теплоаккумуляторов ему удается поддерживать стабильную комфортную температуру в домах только за счет солнечного тепла и без использования теплоставен на окнах. Распространены в США и соломенные дома, которые были изобретены в этой стране в конце XIX века. Их уже в силу использования этого строительного материала можно отнести к классу энергосберегающих и частично экологичных. Характерно, что даже в солнечных США специалисты по энергоэффективному строительству в свое время жаловались на недооценку массовым заказчиком и строителями возможностей солнечного теплоснабжения в индивидуальном домостроении.
В США придают большое значение также строительству энергоэффективных офисов и других общественных зданий. Непосредственное отношение к теме экологического жилья имеет проведенный в США эксперимент, получивший название «Биосфера-1». Его замысел состоял в том, чтобы создать на земле в изолированном объеме некоторое подобие космического корабля Предполагалось создание замкнутого хозяйства, которое снабжало бы испытателей всем необходимым, продуктами, чистой водой, кислородом и т.д. Эксперимент потерпел неудачу. Успешным оказался аналогичный проект, осуществленный в Красноярске в рамках советской космической программы. В настоящее время ведется подготовка более дорогостоящего проекта «Био-сфера-2».
В Европе и США распространено так называемое ленточное, или линейное жилье, когда индивидуальные дома соприкасаются боковыми стенами. Это уменьшает их тепловые потери и позволяет увеличить плотность застройки, что немаловажно в условиях города. Достижения в энергосбережении в США — обнадеживающий пример того, как масса не очень крупных, но широко доступных действий может вылиться в весьма большой выигрыш, касающийся производительности ресурсов в национальном масштабе. В течение последних 17 лет американцы получили в 4 раза больше новой энергии от сбережений, чем от суммарного увеличения поставок сырья, причем одна треть увеличения поставок приходилась на возобновляемые источники.
Современный опыт -
