CC BY
24Научно-технический и производственный журнал
-------ЖИЛИЩНОЕ ---
СТРОИТЕЛЬСТВО
Экологичное строительство
УДК 621.45.017
АН. БЕЛКИН, канд. техн. наук, зав. кафедрой архитектуры, И.Н. ГОЛЬЦОВ, канд. техн. наук, профессор, Московская государственная академия коммунального хозяйства и строительства; Е.В. ФИЛИППОВ, президент ЗАО «Корпорация стройматериалов», дествительный член Международной академии инвестиций и экономики строительства (Москва)
Экодом:
энергоэкономичность и экологичность
Приведен передовой зарубежный опыт внедрения энергоэффективных систем и технологий, в том числе в странах, близких по климату к большинству регионов России. Применение подобных технологий в России позволит сократить расход тепловой и электрической энергии при строительстве и реконструкции зданий, а также при их эксплуатации не менее чем в 2-3 раза. Предлагается разработать энергоэффективные системы зданий с учетом особенностей российского рынка и с применением однослойных конструкций стен из легких бетонов. Внедрение предложенных разработок позволит снизить расходы на эксплуатацию многоквартирных жилых домов, общественных зданий и других объектов недвижимости, а также улучшить экологическую обстановку в регионах. России.
Ключевые слова: пассивный дом, энергоэкономичность, экологичность, энергоэффективные технологии.
Последние десятилетия ХХ в. характеризовались бурным развитием энергосберегающих и энергоэффективных технологий в системе жилищно-коммунального хозяйства во многих странах мира, что позволило им преодолеть энергетический кризис, возникший в 1970-х гг. после резкого повышения цен на сырую нефть. В результате мер, принятых правительствами этих стран, было в 2-3 раза сокращено потребление энергии для отопления зданий различного назначения, в том числе жилых и общественных объектов. В первую очередь осуществлено утепление контуров зданий. Кроме того, приближение генерирующих котельных агрегатов к потребителю; установка автоматизированной регулирующей аппаратуры и приборов учета расхода потребления тепловой и электрической энергии, а также холодной и горячей воды; внедрение новых долговечных и эффективных инженерных систем, в том числе трубопроводов, радиаторов, вентиляционных, а также котлов с повышенным КПД.
Однако этих мер, как считают эксперты и мировое научное сообщество, недостаточно: природные ресурсы органического сырья для выработки энергии небесконечны. Добыча же углеводородов в континентальных шельфах, где, по данным экспертов, находятся более значительные запасы, связана с большими затратами и рисками экологических катастроф. Например, при взрыве нефтяной платформы, принадлежащей английской нефтегазовой компании, в апреле 2010 г. в Мексиканском заливе в океан вылилось 540 тыс. т нефти. Побережье было загрязнено, что привело к гибели людей, животных и биоресурсов; на ликвидацию последствий катастрофы было затрачено более 10 млрд долл., ущерб от нарушения экосистемы пока еще не оценен. Все это подтверждает, что цены на нефть и газ будут расти и соответственно будут расти цены на производство тепловой и электрической энергии.
Кроме того, сжигание углеводородов для производства энергии во все больших объемах отрицательно ска-
зывается на состоянии воздушного бассейна, а следовательно, и на качестве жизни людей. Развитие же атомной энергетики в широких масштабах связано с большими рисками, провоцируемыми природными и техногенными катастрофами.
В связи с этим в ряде стран (Дания, Германия, Швеция, Финляндия, США и др.) в последние годы разработаны специальные государственные целевые программы по приведению всех объектов регулярной застройки к условно-пассивному уровню (дома ультранизкого потребления - 30 кВт ч/м2 в год при современных требованиях 120 кВтч/м2 в год). Директива энергетических показателей в строительстве (Energu Performance of Buildings Dirrective), принятая странами Евросоюза в декабре 2009 г., требует, чтобы к 2020 г. все новые здания были близки к энергетической нейтральности. В Великобритании новый дом должен потреблять на 77% меньше обычного дома. В Ирландии дом должен потреблять на 85% меньше энергии обычного дома и на 94% меньше выбрасывать СО2 в атмосферу. Новые дома в Испании с 2007 г. оборудуются солнечными водонагревателями, чтобы самостоятельно обеспечивать 30-70% потребности в горячей воде в зависимости от местоположения дома и ожидаемого потребления воды. Вышеперечисленные показатели энергоэффективности возможно реализовать при строительстве пассивных домов.
Пассивный дом - это сооружение, основной особенностью которого является отсутствие необходимости отопления или малое энергопотребление в среднем около 10% от удельной энергии на единицу объема, потребляемой большинством современных зданий. Концепция пассивного дома была предложена немецким ученым Вольфгангом Фейстом (основателем Института «Пассивный дом» в Дармштадте, Германия) и шведским профессором Бо Адамсоном. Концепция разрабатывалась в многочисленных исследовательских проектах. Согласно концепции
72011
41
Экологичное строительство
ц м .1
Научно-технический и производственный журнал
снижение потребления энергии достигается в первую очередь за счет уменьшения теплопотерь здания. Архитектурная концепция пассивного дома базируется на принципах компактности, качественного и максимально эффективного утепления, отсутствия мостиков холода в материалах и узлах примыканий, правильной геометрии здания, зонировании, ориентации по сторонам света. Из активных методов в пассивном доме обязательным является использование системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией. В идеале пассивный дом должен быть независимой энергосистемой, вообще не требующей расходов на поддержание комфортной температуры. Отопление пассивного дома должно происходить благодаря теплу, выделяемому живущему в нем людьми и бытовыми приборами. При необходимости дополнительного «активного» обогрева желательным является использование альтернативных источников энергии. Горячее водоснабжение также может осуществляться за счет установок возобновляемой энергии - тепловых насосов или солнечных водонагревателей. Решать проблему охлаждения/ кондиционирования здания также предполагается за счет соответствующего архитектурного решения, а в случае необходимости дополнительного охлаждения за счет альтернативных источников энергии, например геотермального теплового насоса.
История развития энергоэффективных систем. Развитие энергоэффективных построек восходит к исторической культуре северных народов, которые стремились построить свои дома таким образом, чтобы они эффективно сохраняли тепло и потребляли меньше ресурсов. Часто круглые в плане эти дома уже своей формой соответствуют задаче получения максимального по объему пространства при минимальной внешней поверхности. Кроме того, очевидна минимизация проемов в ограждающих конструкциях. Показательны в этом отношении русские каменные жилые дома XVII в. - их близкие к кубическим пропорции, компактные планы, небольшие по площади оконные и дверные проемы, иногда вынесенные за пределы теплого толстостенного контура. Классическим примером техники повышения энергоэффективности дома является русская печь, отличающаяся толстыми стенками, хорошо сохраняющими тепло, и оснащенная дымоходом со сложной конструкцией лабиринтов. К современным примерам повышения энергоэффективности зданий можно отнести сооружение, построенное в городе Манчестер в штате Нью-Гемпшир(США). Оно обладает кубической формой, что обеспечивало минимальную поверхность наружных стен, площадь остекления не превышает 10%, что позволяет уменьшить потери тепла за счет объемно-планировочного решения. По северному фасаду остекление отсутствует. На кровле здания установлены солнечные коллекторы.
За последние 20 лет в Европе построено более 20 тыс. пассивных домов. Большинство из них возведено в Центральной Европе - в Германии и Австрии. Однако неуклонно растущие цены на электричество и тепло заставили другие страны по-иному взглянуть на экономические плюсы подобных строений. В 2009 г. пассивные дома уже появились в Великобритании, Испании, Норвегии, Бельгии, Нидерландах, Финляндии и других странах. Инициатором внедрения и дополнительной разработки концепции часто выступает государство. Например, домо-
хозяйства Великобритании тратят на отопление 30% от всей энергии, производимой в стране; в Финляндии эта цифра близка к 40% (для сравнения, в России - 45%). «Пассивный дом» - идея уникальная и уже вполне состоявшаяся. Причем несправедливо было бы сказать, что подобная технология в большей мере адаптирована и применяется исключительно в жилых постройках. Для промышленных зданий, офисов, магазинов, детских садов, школ, спортивных и других сооружений энергосбережение играет не менее важную роль.
Концепция пассивного дома (важнейшие ее технологические элементы) успешно были применены в Восточной Германии при реконструкции (санации) старых (так называемых советских) пятиэтажек. В результате модернизации этих домов были достигнуты следующие показатели: уровень комфортности в итоге обеспечен в соответствии с европейским стандартом качества и безопасности жилых помещений. Показатель энергоэффективности обеспечен на уровне требований стандарта Германии: энергопотребление на отопление не более 100 кВтч/м2 в год. Интересно, что в процессе реконструкции были изменены не только функциональные, но и художественные характеристики этих зданий. Так, пятиэтажки, оказавшиеся в исторической части городов, получили новые и различные фасады секций с различными же скатными крышами. Таким образом, длинные монотонные здания стали выглядеть как ряд домов, напоминающих фронт квартала плотной средневековой застройки. По заключению немецких экспертов, все здания, подвергавшиеся реконструкции или модернизации, отличались хорошим состоянием. Предварительную экспертизу прошли все панельные дома, ни по одному из них не было необходимости сноса. В московском правительстве считали, что панельные многоэтажки дешевле снести, чем модернизировать и обеспечить требования энергоэффективности. Однако опыт Восточной Германии полностью опроверг эти рассуждения, к тому же стоимость реконструкции, по данным тех же экспертов, составляет лишь 30% от стоимости нового строительства.
Перспективы применения энергоэффективных зданий в России. В России энергопотребление на отопление старого жилого фонда составляет от 400 до 600 кВтч/м2 в год. При этом жилищно-коммунальный комплекс РФ потребляет 45% тепловой энергии, производимой в стране. Цены на энергоносители в России стремительно приближаются к мировым, а при вступлении в ВТО они практически сравняются. Без внедрения энергоэффективных технологий они будут неподъемны по оплате услуг за отопление для большинства населения.
Нужно ли строить пассивные дома в России? Лучше задаться вопросом, можно ли не строить такие дома. Выдержит ли экономика страны сегодняшнее расточительство в будущем? Не нужно забывать, что несколько тонн топлива в год, необходимых для одного жилища, скоро надо будет добывать буквально со дна морского, да еще в условиях Арктики. Поэтому правильно спросить, как перейти в масштабах отрасли к строительству энергоэкономичных домов и каким критериям должны отвечать такие дома. Ведь пассивный дом - это хайтек строительной промышленности, где сосредоточены самые эффективные строительные материалы, самые передовые приемы труда, самые последние разработки инженерных систем. Эконо-
42
72011
Научно-технический и производственный журнал
Экологичное строительство
мия при эксплуатации пассивного дома составит не менее 200 кВтч/м2, так называемой первичной энергии на м2 в год, и снизит расход топлива в 10 и более раз, чем в домах, возводимых сегодня, даже с учетом повышенных требований по теплозащите. Соответственно в такой же пропорции будут сокращаться выбросы СО2 от сжигания топлива - основного источника загрязнения окружающей среды. В России пока нет практики строительства пассивных домов, имеются лишь отдельные элементы применения энергоэффективных технологий (р-ны Куркино и Никулино в Москве, экспериментальные объекты в Санкт-Петербурге и др.) Российское руководство объявило курс на модернизацию. Пассивный дом - вот инновация в строительной отрасли, освоить которую задача ближайших лет.
Предлагаемые авторским коллективом варианты решения проблемы. В связи с отсутствием в настоящее время в России единого государственного центра, регулирующего техническую политику в области строительства (каким ранее являлся Госстрой и входящие в его состав НИИ), необходимо создание в строительных вузах в содружестве с проектными организациями творческих коллективов для разработки проектов энергоэффективных зданий, адаптированных к условиям России, как по климатическим параметрам, так и по особенностям российского рынка. Такой творческий коллектив создан на факультете «Реконструкции и строительства зданий и сооружений» Московской государственной академии коммунального хозяйства и строительства (МГАКХиС, кафед-
ра «Экспертиза и управление недвижимостью» и кафедра «Архитектура»).
Творческим коллективом (МГАКХиС) в настоящее время разрабатывается проект многоквартирного жилого дома из местных эффективных и экологически чистых материалов, в котором найдут отражение и развитие концептуальные принципы архитектурных решений пассивного дома: правильная общая геометрия здания, компактность формы, эффективное утепление, минимизация проемов, отсутствие мостиков холода в конструкциях, ориентация по странам света с применением технологических концепций пассивного дома, при этом предусматривается вариант устройства наружных стен из легкобетонных изделий в однослойном исполнении, что увеличивает долговечность конструкций.
Творческий коллектив планирует также оказывать техническую и методическую помощь регионам по вопросам реконструкции старого жилого фонда с использованием положительного опыта Восточной Германии.
Кроме того, творческим коллективом в порядке инициативы предусматривается подготовка предложений по корректировке нормативных и законодательных актов с целью недопущения продолжения строительства новых объектов, не соответствующих требованиям ФЗ «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности и о внесении изменений в отдельные законодательные акты Российской Федерации» от 23.11.2009 г., а также СНиП 2302-2003 «Тепловая защита зданий».
7'2011
43
