Энергоэффективный дом — часть 1

«Подводные камни» использования современных материалов

В современном строительстве активно используются разные виды утеплителей. Они призваны максимально утеплить фундамент, стены и крышу строения, снизив тем самым энергопотери. Самым популярными современными материалами являются: пенопласт (пенополистирол), ЭППС (экструдированный пенополистирол), минераловатные утеплители (стекловата, базальтовая или каменная вата), пенополиуретан, пеностекло, эковата, вермикулит, перлит.

Нужно понимать, что популярные экономварианты вроде пенопласта, газобетонных или пенобетонных плит могут стать тем самым подводным камнем, о который можно разбить саму идею энергоэффективности. Дело в том, что газо- и пенобетонные плиты часто изготавливаются с грубым нарушением технологии. Такой «утеплитель» не сделает дом надежным и прочным.

Пенопласт вообще относится к классу опасных материалов. Он очень горюч и начинает выделять вредные ядовитые вещества уже при температуре 60 градусов. Чаще всего человек во время пожара задыхается, получает смертельную дозу токсических веществ. Кроме того пенополистирол выделает токсичные вещества и при комнатной температуре. Наконец, он просто недолговечен: срок жизни пенопласта 40 лет, тогда как срок эксплуатации дома в среднем составляет 75 лет.

Оптимизируем все, от стоимости до планировки

Поскольку владельцы дома — люди далеко не богатые, они попросили, чтобы стоимость 1 м² с отделкой была недорогой.

• в доме установлены пластиковые окна;
• на пол уложены ламинат, ковролин и лакированная фанера;
• белые гипсокартонные стены покрыты фактурной краской, а части деревянного каркаса — лаком;
• использованы сантехника эконом класса и встроенные в потолок и недорогие светильники;
• весьма оригинальные лестницы, изготовленные строительным способом, безопасны для детей

То есть дом площадью около 200 м² (без мансарды) обеспечен всем, что нужно для жизни, и при этом достигнут необходимый уровень комфорта. В доме три санузла, две кухни (одна оборудована полностью, вторая — частично), финская баня (правда, пока без купели), четыре изолированные спальни и большое зонированное общественное пространство, включающее зимний сад. Поэтому места здесь хватает и детям, и взрослым, и даже гостям.

Оптимален дом и с точки зрения планировки. Спальня владельцев и две детские находятся на третьем этаже. На втором, куда можно попасть сразу с главного входа, — спальня для родителей хозяев (им трудно подниматься на третий этаж), хозяйская кухня и гостиная. На первом этаже — общественные и технические помещения, баня и ещё одна кухня. Такое расположение исключает хаотичное перемещение жильцов с нижнего этажа на самый верхний: члены семьи весь день могут проводить в общественных зонах первого и второго уровней, а на третий (спальный) подниматься только вечером. Если приехали друзья, они могут расположиться на первом этаже. В том случае, если гостей много или одновременно пришли две разные компании, можно открыть для посещения и второй этаж (при этом в хозяйскую спальню и детские доступ будет по-прежнему ограничен).

Дом не только тёплый, но и светлый: его довольно толстые энергосберегающие стены оптимально сочетаются с большими светопрозрачными конструкциями, создающими ощущение простора. Конечно, при этом сопротивление теплопередаче ограждающих конструкций оказалось несколько неравномерным, но в целом оно сбалансировано и соответствует заданным требованиям: у дома Green Balance данный показатель близок к 7 м² х °С/Вт, что чуть ниже европейских нормативов для пассивных зданий (8-10 м² х °С/Вт). Как этого добились?

О теплопотерях

Как известно, тепловой поток всегда направлен в сторону более низкой температуры. Так, например, тепло обогреваемого в зимний период дома устремляется наружу через ограждающие конструкции (стены, окна, двери, кровлю) и в результате теряется.

Подсчитано, что на обогрев неутеплённых домов старой постройки надо около 220-270 кВтч/мЧод. Согласно современным нормам по теплозащите, расход энергии для вновь построенных домов не должен превышать 54-100 кВТ’Ч/мЧод. Если же учесть, что 10 кВт-ч соответствуют энергии, полученной при сжигании примерно 1 л жидкого котельного топлива, то нетрудно подсчитать, сколько топлива (денег) можно сэкономить, если эффективно утеплить дом.

Заметим, что теплопотери через отдельные элементы дома различны и зависят от теплоизоляционных качеств конструкций и их размеров. Максимум теплопотерь приходится, как правило, на наружные стены — через них уходит (в зависимости от конструкции) до 35-45% тепла.

Основные способы снижения потерь тепла

Значительно меньший процент общей площади наружных ограждений составляют окна. Однако их сопротивление теплопередаче в 2-3 раза меньше, чем у наружных стен. Поэтому на окна приходятся до 20-30% теплопотерь всего дома.

Немалая часть тепла теряется через крышу. Причём в одно-, двухэтажных домах потери значительно выше, чем в многоэтажных, и составляют порядка 30-35% от общих теплопотерь. Около 3-10% тепла уходит через перекрытия. Безусловно, часть тепла утекает из дома через трубы инженерных коммуникаций.

Температурная характеристика неизолированной стены в летний (вверху) и зимний (внизу) периоды свидетельствуют о необходимости теплоизоляции хотя бы только из-за температуры внутренней поверхности стены.

«Мостик холода» образуется, например, на стыке железобетонного перекрытия с облицовочным бетонным поясом и фасадом наружной стены: 1 — наружная стена; 2 — плавающая стяжка; 3 — междуэтажное перекрытие; 4 — «мостик холода».

При наличии «мостика холода» в жилом помещении может образоваться конденсат. При температуре в помещении 20°С один кубометр воздуха может содержать в себе 17,5 г влаги в виде водяного пара. При снижении температуры на внутренней поверхности наружной стены до 0″С в указанном объёме воздуха может содержаться всего лишь 5 г влаги. Остальные 12,5 г влаги конденсируются и оседают на холодной стене.

Конденсат образуется там, где есть «мостики холода», например, в месте прерывания внутренней теплоизоляции поперечной стеной: 1 — наружная стена; 2 — внутренняя теплоизоляция; 3 — угол, где температура снижена до 6-7°С; 4 — поперечная стена; 5 — конденсат; 6 — место, где температура снижена до 17°С.

Конечно, добиться полного отсутствия утечек тепла в  энергоэффективном доме невозможно. Но свести потери к разумному минимуму удаётся. Один из способов — сократить периметр наружных стен. Если же вы не хотите менять архитектуру здания, нужно позаботиться о грамотном утеплении. Поскольку наибольшее количество тепла теряется через стены, о них и поговорим в первую очередь.

Основных вариантов утепления стен, как известно, три: разместить утеплитель на внутренней поверхности стены; упрятать его внутрь ограждающей конструкции; устроить утепление стены снаружи. Каждый из этих способов имеет присущие ему особенности.

Энергетическое состояние дома показывают термографические исследования. Здесь чётко видны утечки тепла.

Обогреватели для дома

Система отопления энергосберегающего дома может быть построена на использовании солнечных батарей. В этом случае в помещениях устанавливаются электрические обогреватели необходимой мощности. При таком варианте системы отопления, солнечная электростанция должны быть значительной мощности, т.к. кроме системы отопления, в каждом доме есть другие потребители электричества, обладающие большой мощностью (утюг, чайник, микроволновая печь и прочие устройства). В связи с этим, наиболее широко используется вариант использования теплового насоса.

Тепловой насос — это техническое устройство, служащее для передачи тепловой энергии.

Тепловые насосы различаются по принципу действия, внешнему источнику энергии, типу теплообменника, режиму работы, производительности и еще ряду параметров. На приведенной ниже схеме представлен тепловой насос, работающий по типу «земля – вода».

Схема работы теплового насоса «земля – вода»: 

В устройствах, данного типа, в качестве внешнего источника тепловой энергии, используется энергия земли. Для этого, в замкнутый наружный контур теплового насоса, который уложен ниже уровня промерзания земли, закачан специальный рассол (антифриз), который посредством установленного насоса, циркулирует в этом контуре. Наружный контур соединен с конденсатором теплового насоса, где в процессе циркуляции, рассол отдает аккумулированное тепло земли, хладагенту. Хладагент, в свою очередь, циркулирует во внутреннем контуре теплового насоса, и поступая на конденсатор устройства, передает полученное тепло, энергоносителю, циркулирующему во внутреннем контуре системы отопления дома.

2.1. Температура. Тепловое равновесие

Для описания процессов в газах и других макроскопических телах нет необходимости все время обращаться к молекулярно-кинетической теории. Поведение макроскопических тел, в частности газов, можно охарактеризовать немногим числом физических величин, относящихся не к отдельным молекулам, слагающим тела, а ко всем молекулам в целом. К числу таких величин относятся объем V, давление р, температура t.

Центральное место во всем учении о тепловых явлениях занимает понятие температура. Температура характеризует степень нагретости тела (холодное, теплое, горячее). Для ее измерения был создан прибор, называемый термометром. В его устройстве использовано свойство тел изменять объем при нагревании или охлаждении.

Термометр никогда не покажет температуру тела сразу же после того, как он соприкоснулся с ним. Необходимо некоторое время для того, чтобы температуры тела и термометра выровнялись, и между телами установилось тепловое равновесие, при котором температура перестает изменяться. Тепловое равновесие с течением времени устанавливается между любыми телами, имеющими различную температуру.

Тепловым равновесием называют такое состояние тел, при котором все макроскопические параметры сколь угодно долго остаются неизменными. Это означает, что в системе не меняются объем и давление, не происходит теплообмен, отсутствуют взаимные превращения газов, жидкостей, твердых тел и т. д. В частности, не меняется объем столбика ртути в термометре, т. е. температура системы остается постоянной. Но микроскопические процессы внутри тела не прекращаются и при тепловом равновесии: меняются положения молекул, их скорости при столкновениях.

Для измерения температуры можно воспользоваться изменением любой макроскопической величины в зависимости от температуры: объема, давления, электрического сопротивления и т. д. Чаще всего на практике используют зависимость объема жидкости (ртути или спирта) от температуры. При градуировке термометра обычно за начало отсчета принимают температуру тающего льда; второй постоянной точкой считают температуру кипения воды при нормальном атмосферном давлении (шкала Цельсия). Шкалу между точками 0˚С и 100˚С делят на 100 равных частей, называемых градусами. Перемещение столбика жидкости на одно деление соответствует изменению температуры на 1˚С.

Так как различные жидкости расширяются при нагревании неодинаково, то установленная таким образом шкала будет до некоторой степени зависеть от свойств данной жидкости, расстояния на шкале между 0˚С и 100˚С будут различны. Поэтому градусы (расстояние между двумя соседними отметками) спиртового и ртутного термометров будут разными.

Какое же вещество выбрать для того, чтобы избавиться от этой зависимости? Было замечено, что в отличие от жидкостей все разреженные газы – водород, гелий, кислород – расширяются при нагревании одинаково и одинаково меняют свое давление при изменении температуры. По этой причине в физике для установления рациональной температурной шкалы используют изменение давления определенного количества разреженного газа при постоянном объеме или изменение объема газа при постоянном давлении. Такую шкалу иногда называют идеальной газовой шкалой температур.

Энергетический баланс

Важная характеристика эко жилья – это баланс между трансмиссионной или вентиляционной потерей тепла и его образованием вместе с энергией от солнца, обогревом и внутренними тепловыми источниками. Для его достижения важны следующие составляющие:

• компактность здания;
• теплоизоляция обогреваемой площади;
• поступление тепловой энергии от солнца, посредством выхода оконных проемов в южную сторону с отклонением до 30 градусов и отсутствию затемнения.

При расчетах учитывают угол падения света от солнца в разные времена годаИсточник stroyka.uz

Чтобы снизить затраты энергетических ресурсов, следует использовать бытовую технику с высокими уровнями энергоэффективности. Идеальное пассивное жилье – это дом-термос с отсутствием отопления. Воду нагревать можно, используя солнечный коллектор или же тепловой насос.

Производители

Следующие возможности производителей говорят о том, что они смогут построить энергоэффективный дом под ключ:

• проектирует энергоэффективные каркасные дома и занимается строительством под ключ. При заказе специалисты помогут подобрать наиболее оптимальные материалы, которые отличаются наилучшим качеством.
•  строит финские энергоэффективные дома. Самые новые и современные технологии, разнообразные проекты домов, из которых каждый сможет выбрать наиболее подходящий.
• предлагает кроме строительства энергоэффективных домов инновационные системы сохранения энергетических ресурсов. Среди прочих услуг предложено проектирование энергоэффективных домов. Все оборудование и системы устанавливают и настраивают профессионалы.

Энергоэффективный дом Active House в России

Европейская концепция Active House пришла в Россию.

Построенный в России по концепции Active House дом являет собой комплекс инженерных решений, направленных на бережное природопользование и рациональное расходование энергии. Архитектор Ральф Ноулз пришел к выводу, что энергоэффективность здания зависит от отношения площади ограждающих конструкций к объему здания. Чем меньше это отношение, тем в меньшей мере здание подвергается влиянию окружающей среды. Построенный в России Active House полностью соответствует этой закономерности. Главным компонентом Active House – является строительная часть здания. Грамотно рассчитанная и качественно смонтированная теплоизоляция, специальный каркас здания, который устраняет «мостики холода», специальная разработка узлов примыкания, повышенная герметичность здания позволили инженерам сократить теплопотери.

Применение теплового насоса позволило на 72%, в сравнении с электрокотлом, снизить расход электроэнергии. По итогам наблюдения средний сезонный коэффициент преобразования для теплового насоса составляет 3,6 единиц. Эта величина учитывает работу всего встроенного электрического оборудования, в т.ч. трубчатых электронагревателей. Таким образом на 1 кВт*ч электрической энергии, потраченной на работу теплового насоса, вырабатывается 3,6 кВт*ч тепла. Другими словами, для теплового насоса мощностью 9,4 кВт*ч, примерно 6,78 кВт*ч – получено от тепла земли. Другим инновационным решением стало применение солнечных коллекторов. Это решение полностью оправдало себя. Нагрев воды на 70% производится за счет энергии солнца, это позволяет сберегать порядка 30 тыс. рублей в год. Однако из-за особенностей климата в России, эффективность работы таких устройств, как солнечные коллектора зависит от времени года. Зимой значительный снежный покров не позволяет солнечным коллекторам работать на полную мощность, весной система становится эффективной. Так, например, в марте солнечная энергия покрывает 344 кВт из 433 затраченных на нагрев воды, в апреле солнечные коллектора вырабатывают 527 кВт.

Микроклимат, создается в доме при помощи интеллектуальных систем вентиляции, фильтрации воздуха и обогрева. В Active House поддерживается наилучший уровень кислорода и оптимальная влажность. Это стало возможным благодаря применению экологических строительных материалов, а также за счет применения специальных датчиков, реагирующих на рост содержания СО2 в воздухе.

Значительная площадь остекления, достигнута благодаря применению мансардных и фасадных окон. Естественная освещенность в «Active House» в 10 раз превышает уровень требований СНиП. Такое обилие света используется для отопления и комфортно. Многочисленными опытами доказано, что освещение солнечным светом как нельзя лучше влияет на организм человека. Кроме того, освещение солнечным светом экономит электроэнергию. Так как большая часть окон находится на южном фасаде, солнечное тепло не теряется, а используется для обогрева. Дополнительные теплопоступления за счет расположения окон на южной стороне составляют порядка 7000 кВт*ч.

По результатам опытной эксплуатации Active House специалисты сделали вывод о том, что затраты на энергию в Active House в 11 раз ниже, чем в неэнергоэффективном доме. Цифры говорят сами за себя. Фактические расходы в «Active House» составляют около 20 тыс. рублей в год, а расходы в неэнергоэффективном доме составляют – 217 тыс. рублей в год.

Как повысить энергоэффективность уже построенного дома

Повысить энергоэффективность уже построенного дома реально. Однако следует учитывать «возраст» здания. Если капитальное переобустройство позволит строению протянуть еще лет двадцать, игра стоит свеч: вложения окупятся. Если через пять-десять лет здание пойдет под снос, кардинально менять его просто нет смысла.

Снизить энегопотери помогут современные материалы и технологии. Начать нужно с определения мест утечек тепла. «Мостики холода» отнимают у здания половину накопленного тепла

Именно поэтому так важно обнаружить и ликвидировать места нарушения герметичности стен, крыши, оконных и дверных проемов

Чаще всего погрешности встречаются в месте выноса наружу балкона, цоколя, прочих внешних конструкций. Обязательно следует утеплить чердак, перекрытия над подвальным помещением (лучше использовать теплоизоляционные плиты), межкомнатные двери. Жители многоквартирных домов получат заметный эффект, установив двери в тамбурной зоне. Не только субъективно ощущаемый холод может свидетельствовать о нарушенной герметизации. Появление плесени, грибка на стенах– явный показатель разгерметизации. Старые или неправильно установленные окна способны лишить помещение львиной доли тепла. Иногда одна только их замена на стеклопакеты хорошего качества, установленные по ГОСТу, способны в 2-3 раза снизить расходы на отопление.

Остекление балкона и лождий экономит до 12% тепла. Прекрасный вариант – замена обычных стекол светоотражающими, а также остекление фасадов для аккумулирования солнечной энергии. В многоквартирном доме за счет утепления лоджии можно получить дополнительную комнату.

О том как это сделать можно узнать более подробно в статье: Утепление лоджии своими руками: пошаговая инструкция

Утепляющий материал должен быть экологичным и безопасным. Отличный вариант – использование теплой штукатурки для дополнительной герметизации и утепления стен. Этот материал прекрасно справляется с разгерметизированными швами и стыками, а также видимыми трещинами. В качестве утеплителя допустимо использовать полиэтилен, помещая его под деревянную обшивку. Толщина материала должны быть не менее 200 микрон.

Как построить

Наиболее популярными среди энергоэффективных домов являются финские. Для их возведения используется каркасная технология. Энергоэффективный дом своими руками построить достаточно просто. Для этого можно воспользоваться следующим алгоритмом и понять, как построить энергоэффективный дом:

• фундамент, который подойдёт для финского энергоэффективного дома — ленточный или свайный. Первостепенно приступают к его сооружению;
• дом возводят из бруса, который предварительно тщательно обрабатывают при помощи антисептических средств. Прежде чем провести сооружение обвязки, поверхность фундамента покрывают слоем гидроизоляционного материала;

• при создании конструкции стен из бруса его скрепляют при помощи саморезов или шпилек, состыковывая элементы между собой паз в паз;
• для монтажа пола используют листы ОСБ или фанеру. Обвязку для пола укладывают, придерживаясь расстояния, удобного для установки листов;
• поверх нижней обвязки устанавливают лаги с расстоянием, равным ширине утеплительного материала. В местах, где предполагается усиленная нагрузка на пол делают плотную стыковку лаг;
• после того, как листы ОСБ уложены, раскладывают материал для утепления, например, минеральной ватой;
• после этого обеспечивают слой пароизоляционного материала;
• для предотвращения гниения пола необходимо соорудить зазор для вентиляции. Хорошим вариантом для этого является использование досок, проложить которые нудно по всей для не чернового пола. Сверху к ним прикрепляют листы фанеры или ОСБ;
• для сооружения перекрытия рекомендуется использовать балки, сечение которых равно 245х50 см. Параметр шага при укладке балок равен 35 см;
• сверху на балки прикрепляют фанеру, сооружая таким образом потолок/черновой пол второго этажа или чердака;
• для сооружения стропильной системы используется брус, поверх него прикрепляют обрешётку;
• важным моментом в строительстве финского энергожффективного дома является утепление. Первостепенно обеспечивают ветрозащиту, обшивая ей сооруженный каркас. Лучше всего использовать для этого плиты;
• на поверхность плит прикрепляется пленка, а после этого стойки обрешетки, которая служит основой для проведения внешней отделки дома;
• поверхность дома изнутри также подлежит утеплению. Материал, который для этого используется — минеральная вата, целлюлоза или какой-либо иной утеплитель.