«Пасивний будинок» – інноваційна технологія в енергоефективному будівництві
Альтернативні джерела енергії разом з новою технологією «пасивного будинку» дають величезні можливості в сфері енергозбереження.
Концепція «пасивного будинку» представляє собою комплексний підхід до економічного, екологічно чистого та енергозберігаючого будівництва об’єктів різного призначення (від приватних котеджів до громадських будівель).
В Європі була розроблена класифікація будівель на основі їх рівня енергоспоживання:
«Стара будівля» (побудована до 1970-х років) передбачає споживання біля 300 кВт·год/м?рік енергії для опалення будинку.
«Нова будівля» (будівництво здійснювалось в період 1970-2000-х років): споживання енергії складає не більше 150 кВт·год/м?рік.
«Будівля низького споживання енергії» (з 2002 року в Європі не дозволено будівництво будівель більш низького стандарту): не більше 60 кВт·год/м?рік.
«Пасивний будинок»: не більше 15 кВт·год/м?рік.
«Будівля нульової енергії» архітектурно має той же стандарт, що і пасивний будинок, однак інженерно обладнана таким чином, щоб споживати виключно тільки ту енергію, яку сама і виробляє: таким чином, енергоспоживання складає 0 кВт·год/м?рік.
«Будівля плюс енергії» – це будівля такого типу, яка за допомогою енергозберігаючого обладнання (сонячних батарей, колекторів, теплових помп, рекуператорів, ґрунтових теплообмінників та ін.) виробляла б більше енергії, ніж сама б споживала.
Отже, пасивний будинок, або ж енергоефективний будинок, екобудинок (нім. Passivhaus, англ. passive house) – це споруда, яка характеризується відсутністю необхідності в опаленні або низьким енергоспоживанням – в середньому біля 10% від питомої енергії на одиницю об’єму, що споживається більшістю сучасних будівель. При цьому стандарти пасивного будинку не універсальні: в багатьох країнах існують власні вимоги до стандарту пасивного будинку. Під «пасивним будинком» розуміють такий будинок, в якому тепло генерується «пасивно», тобто шляхом використання лише наявних внутрішніх джерел тепла, сонячної енергії, що потрапляє через вікна, і шляхом підігріву свіжого повітря, що потрапляє через припливну установку вентиляції.
Із історії «пасивного будинку»
Місцем «народження» концепції пасивного будинку стала Німеччина. В травні 1988 року доктор Вольфганг Файст, засновник «Інституту пасивного будинку» в Дармштадті (Німеччина, 1996), і професор Бо Адамсон із Лундського університету (Швеція) запропонували цікаву схему обладнання пасивного будинку. Вольфганг Файст, фізик-будівельник за спеціальністю, розраховував енергетичні баланси до тих пір, доки йому не вдалось вирахувати показники такої будівлі, яка при правильному будівництві взагалі більше не потребувала б спеціальної системи опалення, і будівля такого типу отримала назву «пасивний будинок». Енергетична концепція пасивного будинку спрямована на зниження витрат енергії в нових будівлях в 8-10 разів. Таким чином, в той час, як звичайна будівля в Німеччині споживає від 150 до 250 кВт·год/м? в рік, пасивному будинку достатньо всього 10-15 кВт·год/м? в рік. Розробки концепції пасивного будинку здійснювались в багатьох дослідницьких проектах, що фінансувались землею Гессен, Німеччина.
Будівництво житлових будівель методом «пасивного будинку» вже достатньо поширене в Німеччині і має великий успіх. В області будівництва шкіл також існують чисельні інноваційні проекти. Дана концепція з часом стала широко популяризуватись і проникати в будівництво в багатьох інших країнах.
Основні критерії «пасивного будинку»
Будівництво «пасивного будинку» передбачає обов’язкове виконання деяких вимог. Базовий критерій пасивного будинку – це створення неперервної оболонки будівлі з підвищеною теплоізоляцією та коефіцієнтом теплопровідності <0,15 Вт/(м?.K).
Необхідним також є відповідність будівлі наступним стандартам:
Конструкція пасивного будинку передбачає, як правило, використання екологічно коректних матеріалів, часто традиційних – дерево, камінь, цегла. Також використовуються продукти рециклізації неорганічного сміття – бетону, скла, металу.
Усунення «містків холоду», тобто місць, через які тепло втрачається. Ними можуть бути погано ізольовані стіни, дахи, старі вікна і т.п. Саме існування таких містків холоду обумовлює необхідність опалення в наших будинках.
Компактність споруди.
Пасивне використання сонячної енергії завдяки орієнтації будинку на південь і відсутності ділянок, які б знаходились в тіні.
Спеціальні високоякісні вінка і віконні профілі з коефіцієнтом теплопровідності <0,8 Вт/(м?.K), енергопроникністю – біля 50%.
Норма повітрообміну згідно тесту на різницю тиску: n50<0,6/ч. Для обміну повітрям з навколишнім середовищем також використовують деякі технології, що дозволяють знизити зайві тепловтрати. В залежності від пори року і відповідної температури повітря використовується або попередній підігрів повітря, або попереднє охолодження. Як правило, це досягається шляхом використання спеціального підземного повітропроводу, який в своїй роботі використовує температуру землі.
Рекуперація тепла із відпрацьованого повітря (відсоток збереження тепла >75%).
Високоефективні установки економії електроенергії, яка використовується в господарських цілях.
Підігрів води за допомогою сонячних колекторів чи теплової помпи.
Такий неважливий, на перший погляд, параметр, як колір, відіграє дуже важливу роль в пасивному будинку. Як відомо, від кольору залежить його теплообмін, саме тому для будинків пасивного типу характерний білий колір стін і даху. Останнім часом використовується також дзеркальне покриття стін, що в більшій мірі знижує вплив зовнішніх факторів на клімат всередині будинку.
Додаткове опалення і охолодження «пасивного будинку»
Великі пасивні будинки, а також приміщення шкіл і промислових комплексів часто вимагають наявність додаткового опалення. Однак, мається на увазі не опалення традиційними газовими, твердопаливними чи ін..котлами. В даному випадку можуть бути використанні лише альтернативні джерела енергії (наприклад, теплові насоси, сонячні батареї і т.п.) або опалення за допомогою повітря (тобто шляхом електричного підігріву повітря, що потрапляє в будинок за допомогою контрольованої вентиляційної системи). Ці витрати енергії враховуються на етапі проектування пасивних будинків, що пов’язано з необхідністю уникнути виходу за межі встановлених нормативами показників.
Одним із найважливіших елементів в концепції «пасивного будинку» є підведення свіжого повітря в приміщення. Дана концепція «опалення свіжим повітрям» являється єдино можливою в будинку з високою теплоізоляцією, яким і є «пасивний будинок». При цьому, теплове навантаження повинно бути менше 10 Вт/кВ.м, що дозволяє використовувати свіже повітря для опалення.
Якими перевагами характеризується технологія «пасивного будинку»?
По-перше, економічністю: не потрібно витрачатись на підключення до центральних мереж опалення і газу, а витрати електричної енергії на опалення пасивних будинків в 7-12 разів менші, ніж в побудованих за традиційною технологією цегляних будинках.
По-друге, енергобезпечністю, що пов’язано з відсутністю в пасивних будинках мереж газу та теплоцентралей. Потрібна лише вода і електроенергія в розмірі 10 кВт на будинок чи квартиру.
По-третє, енергонезалежністю: в пасивних будинках наявні масивні несучі стіни, плити підлоги першого поверху і перекриття між поверхами, що сприяє кращій акумуляції тепла і децентралізації енергозбереження.
По-четверте, екологічністю: в будинках, побудованих по даній технології, застосовуються сучасні будівельні матеріали і конструкції, а також новітнє інженерне обладнання. В пасивних будинках циркулює чисте і тепле свіже повітря, стіни і підлога постійно залишаються теплими.
Поширення технології «пасивний будинок»
Навіть без будь-якої реклами та агітації, будівництво нових будинків відбувалось достатньо активними темпами, що пов’язано, в першу чергу, зі скороченням витрат на опалення в 7-10 разів. Такий показник є основою для швидкої окупності пасивного будинку, першопочаткові витрати на який вище, ніж на звичайний будинок. Близько 300 будівель було реалізовано до кінця 1999 року в Німеччині, до кінця 2000 року їх вже нараховувалось близько 1000, а в 2006 – 6000 будинків. Крім того, були побудовані і пасивні будинки другого покоління, що характеризуються надзвичайно низьким показником споживання енергії.
В Україні також зроблені спроби втілити в життя подібні проекти, але великі першопочаткові витрати порівняно із будівництвом звичайного будинку залишаються головною перешкодою на шляху поширення даної технології на території нашої держави.
Технологія пасивного будинку в Україні почала застосовуватись близько 3 років тому, тоді як в Європі застосовується майже 30 років. В нашій державі перший пасивний будинок був побудований в 2008 році. На сьогоднішній день в Києві, Чернігові і Василькові (Київська обл..) побудовано 3 пасивних будинки. Будівництво цих трьох об’єктів здійснювалось по проектам архітектора-художника Тетяни Ернст. Тетяна Ернст спроектувала пасивний будинок і для власної сім’ї. Проектування здійснювалось протягом 2005-2007 років, а будівництво – протягом 2007-2008 років в районі Сирець (м.Київ). «Пасивний будинок» Тетяни Ернст отримав назву «Будинок Сонця» (Sunshine Home) і був внесений в базу даних Інституту пасивного будинку в Дармштадті. «Будинок Сонця» в Києві спроектований з врахуванням основних вимог до енергетично-вигідної форми будинку і з врахуванням орієнтації по сторонам світу.
В цілому, ситуація з будівництвом пасивних будинків в Україні складається не найкращим чином. Про зародження нового ринку говорити поки-що рано. 99% населення України ще навіть не чули про існування даної технології. Однак поширення концепції «пасивного будинку», застосування даної технології у поєднанні з альтернативними джерелами енергії (зокрема з тепловими помпами) стане ще одним кроком назустріч енергозбереженню і переходу на використання альтернативних джерел енергії.
