Была бы тепла палатка?

Заместитель директора НИПТИС по научной части Л. Н. Данилевский сделал 26 июня на организованном и проведенном институтом международном семинаре "Опыт и перспективы комплексного решения проблем энергосбережения при строительстве и реконструкции жилого фонда" доклад "О возможности реализации в РБ проекта "Пассивный дом". Мало того, что предмет доклада - вещь, в РБ новая. Ответ на один из вопросов содержал информацию, совсем непривычную для массового отечественного сознания...

Логическим завершением и концентрированным выражением всех разработок, направленных на сбережение энергии в жилищном строительстве, является возведение такого дома, для отопления которого не требовалось бы совершенно никакой энергии. Точнее, проблема обеспечения этого дома теплом должна решаться путем максимальной утилизации энергии, выделяемой внутренними источниками (кухня, бытовые электроприборы, люди в помещениях), а также поступающей в здание энергии Солнца. Такую задачу впервые в Германии поставили перед собой сотрудники дармштадтского IWU. Честь создания необходимого теоретического аппарата принадлежит доктору Файсту. В конце концов проект был реализован путем строительства жилого дома, не нуждающегося в отоплении, - так называемого пассивного дома.

(Более тщательные изыскания показывают, однако, что какой-то резервный источник тепла все же должен быть. Например, в случае длительного отсутствия в доме хозяев в отопительный период источники тепла, о которых говорилось выше, могут отсутствовать полностью. Тогда независимо от степени утепления здание начнет остывать.)

Условие понижения температуры в помещениях на величину, не превышающую заданную, может задавать различные требования и к массивности здания (постоянная времени остывания), и к характеристикам минимальных источников энергии для различных климатических зон. В итоге были сформулированы требования к конструктивным элементам и оболочке пассивного дома в целом.

Проектирование здания, о котором идет речь, должно базироваться на балансе между суммарными поступлениями тепла в здание и теплопотерями из здания. Предполагается равномерное утепление всей оболочки (совокупности всех наружных ограждающих конструкций) здания, а также обязательное наличие вентсистемы с рекуперацией тепла уходящего воздуха и коэффициентом возврата тепла не ниже 0,7.

Поэтому инженерная часть проекта включает рекуператор тепла и почвенный теплообменник для дополнительного подогрева воздуха. Перед тем, как попасть в здание, наружный воздух проходит по трубе, находящейся в грунте под зданием, и нагревается до температуры грунта. Далее воздух попадает в вентилируемую воздушную прослойку между двумя слоями теплоизоляции и таким образом нагревает сердцевину ограждения. Эта замкнутая теплоизоляционная система и изображена на рис. 1. Воздух в прослойке должен двигаться, теплопотери же из здания в случае повышения температуры воздуха прослойки резко уменьшаются. Эффективность такой системы гораздо выше эффективности обычного теплового насоса. Используемый при этом насос должен обеспечивать среднюю подачу воздуха, равную 50 м 3/час. В самое холодное время года цифра эта может достичь 300 м 3/час.

Уже в течение нескольких лет ведутся наблюдения за состоянием дома, который был запроектирован и построен в соответствии с этими требованиями (микроклимат, ограждения, сангигиенические условия). В результате участники наблюдений пришли к выводу, что всем требованиям, заложенным в проект, здание удовлетворяет. Годовое теплопотребление здания на дополнительный подогрев воздуха в холодный период не превышает 20 кВт•ч/м2. Результаты необходимых замеров показывают, что содержание в воздухе помещений пыли, бактерий, наэлектризованных частиц, свободных радикалов полистирола, который является основным утепляющим элементом, на порядок ниже предельных допустимых концентраций. Микроклимат помещений исключает появление сезонных аллергий - система принудительной вентиляции здания полностью контролируема и закрывает доступ внутрь пыльце цветущих растений, которая является основным аллергеном.

Однако пассивный дом действительно энергопассивен лишь в смысле необходимости системы отопления в отопительный период. Функционально же это здание, очевидно, весьма активно. Управляемая микроконтроллером активная вентсистема реагирует и на изменение влажности внутреннего воздуха, и на содержание в нем СО 2. Активно использует этот дом и энергию, рассеянную в окружающей среде (солнечную, почвенную, тепло уходящего воздуха). В частности, окна в нем являются источником не потери, а приобретения энергии. Теплопотери через суперокна меньше поступающей солнечной энергии.

Однако эти результаты, будучи полученными в Германии, соответствуют и тамошним климатическим условиям, и требованиям, предъявляемым к внутреннему тепловому комфорту немецких зданий (+20 оС). Республика Беларусь относится к другой климатической зоне, и тепловой комфорт предполагает температуру воздуха помещениях, равную +18 оС.

Интересны в этой связи результаты, представленные профессором Адамсоном (Швеция). При исследовании вопроса о возможности строительства зданий с низким потреблением тепловой энергии в южных районах Китая, где директивно запрещено строительство зданий с отопительными системами, был проведен опрос жителей некоторых провинций, минимальные температуры в которых достигали -14 оС, о субъективном ощущении теплового комфорта в помещении.

Шкала, получившаяся в результате, выглядела следующим образом: -4 оС - очень холодно,-3 оС - холодно, -2 оС - прохладно, -1 оС - слегка прохладно, 0 оС - нейтрально, +1 оС - тепловато, +2 оС - тепло, +3 оС - жарко, +4 оС - очень жарко, +5 оС - невыносимо жарко.

Напрашивается вывод - требования к характеристикам пассивного дома могут быть по-разному сформулированы для различных климатических условий и условий поддержания температуры в помещениях.

Исходя из постоянного уровня теплопотерь через стену, были рассчитаны требуемые коэффициенты теплопередачи стен здания для двух случаев с различной наружной температурой. Из рис. 2 видно, что условие поддержания температуры внутри помещений на уровне +5 оС при наружной температуре -5 оС выполняется при коэффициенте теплопередачи, равном 0,4 Вт/(м 2•°С), что соответствует современным нормативным требованиям к теплофизическим характеристикам стен. При этом соответствующим образом должны быть пересчитаны требуемые характеристики окон и параметры вентсистемы. Можно заметить, что температура внутреннего воздуха, равная +5 оС, соответствует южнокитайскому понятию "невыносимо жарко". На наш взгляд, уже сегодня при проектировании зданий необходимо закладывать в проекты такие характеристики теплопотерь, которые обеспечили бы возможность проживания людей и функционирование систем водоснабжения и канализации в случае аварии систем теплоснабжения. Кроме этого, на стадии проектирования необходимо задавать в качестве одного из требований к будущему зданию время выхода на пассивный режим функционирования при заданной мощности внутренних источников тепла.

Обязательным элементом пассивного дома, то есть здания, не потребляющего тепловой энергии для своего отопления, является принудительная вентиляционная система с дополнительным подогревом приточного воздуха в системе горячего водоснабжения, а также при помощи почвенного теплообменника. Работа вентсистемы дома предполагает обязательный возврат тепла уходящего воздуха путем использования теплообменника "воздух-воздух". Управление режимами вентсистемы осуществляется с помощью АСУ на базе микроконтроллеров. Тем самым решается задача эффективного использования низкопотенциальной энергии, запасенной в грунте. Обычным элементом пассивного дома является солнечный коллектор для подогрева воды в системе горячего водоснабжения в солнечную погоду.

Итак, эксплуатация пассивного дома предполагает обязательное наличие активной системы своего жизнеобеспечения. Дом является активным в том смысле, что активно использует энергию окружающего пространства. Прежде всего - низкопотенциальную энергию грунта и солнечную энергию. Необходимо рассматривать не только здание, но и пространство под ним, а также прилегающую к нему территорию как единую энергосистему. И вот для всей этой системы и должны определяться условия полной компенсации энергопотерь из здания, а также возобновляемости ресурсов энергосистемы.

В частности, должен быть определен режим работы почвенного теплообменника, при котором грунт при незамкнутом циркулировании воздуха в воздушной прослойке двухслойной теплоизоляции не вымораживался бы. В летнее же время такая система служила бы для охлаждения здания и одновременного накопления солнечной энергии прилегающим слоем грунта.

Следующим шагом должно быть создание строений с адаптивно изменяющимися в соответствии с изменением характеристик окружающей среды характеристиками ограждающих конструкций. Общим свойством большинства известных конструктивных систем утепления зданий является то, что они не изменяют своих теплофизических свойств при изменении погодных условий. Поэтому теплопотери из здания зависят от температуры наружного воздуха. Соответственно меняется расход тепловой энергии на отопление здания.

Идеальная теплоизоляционная система должна в какой-то степени напоминать живой организм и в широких пределах изменять свои свойства в зависимости от условий окружающей среды, снижая в случае необходимости теплопотери из здания. Аналогично в летнее время должно регулироваться поступление в здание солнечной энергии.

Таким образом, залогом высокоэффективного использования энергии внутренних источников и прилегающей территории для энергообеспечения пассивного, а фактически активного дома, являются наличие интеллектуальной системы управления жизнеобеспечением, высокоэффективное использование низкопотенциальной энергии грунта, других нетрадиционных источников (солнце, ветер), возможность управления теплофизическими характеристиками ограждающих конструкций, модульность конструкций, позволяющая выполнять быструю перестройку, обслуживание, ремонт и модернизацию ограждающих конструкций, а также возможность наращивания функций, включения в систему жизнеобеспечения новых технических решений, появляющихся по мере развития науки и техники.

Управление теплофизическими характеристиками ограждающих конструкций предполагает наличие управляемых элементов и компьютерной системы управления. Это, разумеется, делает существование дома зависимым от системы энергоснабжения и надежности элементов активных систем.

Однако на проблему можно взглянуть с несколько иной точки зрения. С точки зрения надежности сравнение многоэтажного здания с обычным деревенским домом будет не в пользу первого. Отказ любой из систем жизнеобеспечения - отопления, водоснабжения, канализации или электроснабжения - делает жизнь в таком доме невозможной. Однако логика технического прогресса требует выравнивания уровня использования техники в различных сферах жизни и деятельности человека. Ситуация, когда персональный компьютер становится таким же привычным элементом интерьера жилища, как телевизор, требует активного использования его в системах жизнеобеспечения зданий в качестве общей системы управления. Тогда надежность существования зданий с активной тепловой защитой станет вопросом организации качественной инсталляции и правильного обслуживания всех их элементов.

Доцент БГПА Д. Д. Жуков задал следующий вопрос:

- Что касается физики обсуждаемого технического решения, то здесь все понятно. Что же касается экономики пассивных домов, то насколько реально массовое появление их в РБ и когда можно будет его ожидать?

- Впервые словосочетание "пассивный дом" прозвучало в РБ три года назад после очередной поездки белорусских специалистов в Германию, - ответил Леонид Николаевич. - На сегодняшний день еще ни одного такого дома в РБ не построено. В Германии уже имеется определенный опыт эксплуатации таких зданий. В Висбадене в прошлом году было построено 50 зданий, из них 30 низкоэнергетичных зданий и 20 зданий пассивного типа. В данном случае низкоэнергетичное здание отличается от пассивного только тем, что первое не укомплектовано рекуператором воздуха и почвенным теплообменником. Стоимость 1 м 2 пассивного дома - DM1900, низкоэнергетичного - DM1800. Здесь важно то, что сама идея строительства пассивных домов явилась мощным стимулом развития энергосберегающих технологий в Германии. Потребовалась разработка принципиально нового типа окон, которые вскоре были сконструированы и далее, разумеется, попали на рынок. Сегодня в Германии суперокна с термосопротивлением выше 1,2 м 2 € оС/Вт выпускаются несколькими фирмами. Инженерами производящей полистирольное утепление фирмы "Isorast" была разработана специально для строительства пассивных домов теплоизоляционная система в 2 вариантах. По одному из вариантов оконные переплеты вставляются непосредственно в слой теплоизоляции. Сегодня среди архитекторов Германии вызревает следующая концепция: в отличие от практикуемого ранее подхода к строительству жилья, в соответствии с которым дома строились на века, по крайней мере для проживания в них нескольких поколений, современный подход трактует жилище как мобильное легкомонтируемое модульное пространство для проживания людей. В соответствии с этим подходом основная функция оболочки такого жилища состоит в защите жильцов от внешних климатических воздействий. Грубо говоря, представьте себе легкий деревянный каркас с заполнением тепло- и звукоизоляцией. Такая стена может быть запросто пробита ломом. Поговорка "мой дом - моя крепость", таким образом, уходит в историю...

Что же касается возможности скорого появления таких домов в РБ, то отечественные специалисты, бесспорно, готовы приступить к созданию необходимой научно-технической базы. Однако пока что нет заказов, а значит, нет и проектов.

- То есть психологически заказчик к инвестированию таких проектов не готов?

- Психологически заказчика к инвестированию таких проектов нужно готовить!

Я же подумал еще об одной особенности психологии масс - из области "что немцу здорово, то ненемцу наоборот". Не хотелось бы огульно хулить всех соотечественников, но я совершенно не строю иллюзий по поводу отсутствия у многих из них неистребимой склонности к бытовому вандализму. Зачем нам лом, мы и ногой обойдемся, природа здоровьем не обидела.

Сергей ЗОЛОТОВ