CC BY
6
ОСОБЕННОСТИ ПРОЕКТИРОВАНИЯ ПАССИВНОГО ДОМА В ЮЖНЫХ
РЕГИОНАХ КАЗАХСТАНА. Атай Е.К.1, Куспангалиев Б.У.2, Самойлов К.И.3
1Атай Ерсултан Цалауулы - магистрант;
2Куспангалиев Болат Урайханович - доктор архитектуры, профессор;
3Самойлов Константин Иванович - доктор архитектуры, профессор, кафедра «Архитектуры», Казахский национальный исследовательский технический университет имени К.И. Сатпаева,
г. Алматы, Республика Казахстан
Аннотация: в свете существующей экологической проблематики, которая охватывает весь мир, необходимо найти новые превентивные решения. В данной статье рассматривается одно из таких решений - использование возобновляемых источников энергии. Особенности проектирования "пассивного дома" для южных регионов Казахстана анализируются и делятся рекомендациями по их практическому осуществлению.
Ключевые слова: архитектура, энергосбережение, пассивный дом.
FEATURES OF PASSIVE HOUSE DESIGN IN THE SOUTHERN REGIONS OF
KAZAKHSTAN Atay E.K.1, Kuspangaliev B.U.2, Samoilov K.I.3
1Atay Ersultan Kalauuly - master's student;
2Kuspangaliev Bolat Uraykhanovich - Doctor of Architecture, Professor;
3Samoilov Konstantin Ivanovich - Doctor of Architecture, Professor, DEPARTMENT OF ARCHITECTURE, KAZAKH NATIONAL RESEARCH TECHNICAL UNIVERSITY NAMED AFTER K.I. SATPAYEVA, ALMATY, REPUBLIC OF KAZAKHSTAN
Abstract: in light of the existing environmental problems that cover the whole world, it is necessary to find new preventive solutions. This article discusses one such solution - the use of renewable energy sources. Features of the design of a "passive house" for the southern regions of Kazakhstan are analyzed and recommendations for their practical implementation are shared. Keywords: architecture, energy saving, passive house.
Введение: увеличение численности населения, рост электропотребления и уменьшение запасов энергетических ресурсов земли выдвигают нас к необходимости разработки более энергоэффективных методов строительства. Эти методы направлены на снижение потребляемых ресурсов и рациональное энергопотребление, а также на переход на возобновляемые источники энергии. Важной темой становится проектирование энергоэффективных зданий. Оно может существенно уменьшить потребление топливно-энергетических ресурсов, снизить расходы на энергообеспечение и уменьшить выбросы парниковых газов. В то время как во многих зарубежных странах уже широко распространено применение возобновляемых источников энергии, Казахстан только начинает свой путь в этом направлении.
В начале статьи будет определено понятие пассивного дома. В Германии и Австрии строительство таких зданий уже получило довольно широкое распространение и активно поддерживается государством. Концепция пассивного дома была совместно развита в 1988 г. проф. Бо Адамсоном (Университет в г. Лунд, Швеция) и докт. Вольфгангом Файстом (который в то время еще работал в Институте жилья и окружающей среды в г. Дармштаде, а в 1996 г. основал в том же городе Passivhaus Institut). Главная идея пассивного дома заключалась в том, что теплопотери здания необходимо снизить до такой степени, чтобы отдельное отопление совсем не требовалось (за исключением ванных комнат, где по нормам необходима повышенная температура). Предусматривалось, что необходимую низкую потребность в тепле на отопление можно было обеспечить благодаря нагреву приточного воздуха системы приточно-вытяжной вентиляции с рекуперацией тепла, которая и так уже должна применяться в таких зданиях. Также в пассивных домах должны максимально использоваться теплопоступления от солнечной радиации через окна южной ориентации. Удельный расход тепловой энергии на отопление пассивного дома должен составлять за отопительный период не более 15 кВт-ч на 1 м2 полезной отапливаемой площади (около 1,5 л жидкого топлива на 1 м2). Общее потребление первичной энергии для всех бытовых нужд (отопление, горячая вода и электрическая энергия) не должно превышать 120 кВт ч/(м год).
Только при значении удельного расхода не более 15 кВт-ч/(м год) можно отапливать пассивный дом только с помощью нагрева приточного воздуха, который предварительно проходит через рекуператор. Хотя совсем не обязательно использовать для отопления систему вентиляцию В Германии много примеров, когда для отопления использовалась стандартная или нетрадиционная системы отопления. Но всегда эти системы будут компактными и недорогими. Под первичной энергией в Германии и странах ЕС подразумевают
энергию, которая имеется в распоряжении как природный (первозданный) источник энергии (например, каменный уголь, природный газ, нефть, уран и т.д.). После всевозможных последующих потерь при преобразовании и передаче потребителю, пригодная для использования энергия обозначается как конечная энергия (например, электрическая энергия, жидкое топливо, тепло, подаваемое по сетям централизованного теплоснабжения, и т.д.). С помощью фактора первичной энергии £ конечная энергия Q, пересчитывается на первичную энергию Qр. Первичная энергия Qp = конечная энергия Qe х ф. Самый неблагоприятный фактор ф, который равен 2,7, имеет электрическая энергия , а например для природного газа это значение равняется 1,1. Ограничение в 120 кВт-ч/(м -год) сделано для того, чтобы не было махинаций с использованием тепловыделений от электрических приборов внутри здания, т.к. можно обманывать самих себя практически не используя тепловую энергию, но зато повысив до немыслимых размеров потребление дорогой электрической энергии.
Первый пассивный дом в истории Германии был построен в 1991 г. при поддержке федеральной земли Гессен в г. Дармштадт, р-н Кранихштайн, Авторами архитектурной части проекта являются архитекторы проф. Ботт-Риддер и Вестермауер; разработкой и реализацией проекта руководил доктор Вольфганг Файст. Здание было полностью построено в 1991 г. и с октября 1991 г. в нем проживают четыре семьи. Это здание нуждается в столь малом количестве тепла, что можно было бы действительно отказаться от отдельной системы отопления: расход на отопление составляет меньше 1 л жидкого топлива в год на 1 м отапливаемой площади.
Чтобы обеспечить столь жесткую величину удельного энергопотребления, равную 15 кВт-ч/(м год), для пассивных домов со временем был установлен ряд обязательных требований:
• коэффициенты теплопередачи и для наружных стен, кровли и полов первого этажа для условий Германии должны составлять менее 0,15 Вт/мК (или Ro 2 6,7 (м °С)/Вт);
• для остекления - Цост 0,7 Вт/мК ^о 2 1,4 (м2°С)/Вт);
• для оконного профиля - Цпроф 0,8 Вт/мК (Яо 2 1,25 (м2°С)/Вт);
• приведенный коэффициент теплопередачи окна с учетом монтажа в стену - Цоки 0,85 Вт/мК (Яо 2 1,2 (м2°С)/Вт);
• максимально возможное снижение негативного эффекта от тепловых мостов;
• для эффективного возврата тепла КПД рекуператора должно быть > 75%;
• должна обеспечиваться герметичность наружной оболочки здания. Кратность воздухообмена при разности давлений 50 Па должна составлять п5020,6 ч.
Для достижения требований пассивных домов нужно предпринять комплекс действий, зависящих от климатических условий. Экономить энергетические ресурсы можно по средствам инноваций. Они должны быть обоснованными с экономической точки зрения, осуществимыми с технической стороны и не должны менять привычного образа жизни людей, и при этом должны соответствовать экологическим и социальным требованиям. Энергоэффективность недавнего времени можно было определить по коэффициенту сезонного использования тепловой энергии - Е.
Е <= 110 кВт*ч /м2/год - это обычный дом
Е <= 70 кВт*ч /м2/год - энергоэффективный
Е <= 15 кВт*ч /м2/год - пассивный
Что же касается, южных регионов страны, то можно отметить слабое развитие энергоэффективного направления в строительстве и в таких крупных городах как Алматы и Шымкент [9]. Из чего вытекает явная необходимость по устранению данной проблемы, путем формирования экологически чистого городского пространства, которое в основном строится из жилых зданий, с максимальной энергоэффективностью и минимальными выбросами отходов в окружающую среду.
Главными задачами при проектировании пассивного дома, адаптированного к местным климатическим условиям, в нашем случае в континентальном климате южного Казахстана, является описание возможных концептуальных решений, направленных на создание здания, отвечающего стандартам пассивного дома в южных регионах Казахстана. В Алматинской области отмечается низкий уровень экологического загрязнения. Однако, на экологию значительно влияет г. Алматы, как один из основных источников техногенного загрязнения воздушного бассейна и деградации сельхозплощадей в прилегающих регионах.
Для лучшего представления объекта исследования приведены основные концепции «пассивного дома»:
• использование экологически корректных материалов;
• компактность сооружения;
• пассивное использование теплоты солнечной радиации за счёт правильного остекления и ориентации здания;
• использование возобновляемых источников энергии;
• высокая герметичность ограждающих конструкций;
• высокоэффективные установки экономии электричества для использования в хозяйственных целях.
Архитектурные и пространственные решения играют важную роль в проектировании дома, который
соответствует стандартам пассивного дома. Основным принципом такого дома является экономия до 80% тепловой энергии благодаря правильному архитектурному проектированию. Ниже представлены ряд мер, которые могут значительно повысить энергоэффективность строительства и обеспечить выполнение условий для достижения стандартов пассивного дома для регионов южного Казахстана.
• минимальное ориентирование поверхности фасадов в северном направлении и максимальное использование остекления на южных фасадах.
• защита от ветра на северных фасадах здания.
• объемно-планировочные решения:
• увеличение компактности здания;
• уменьшение площади внешних ограждающих конструкций.
Герметичность и теплоизоляция ограждающих конструкций являются неотъемлемыми аспектами в пассивном доме, где не допускаются щели. Это особенно важно для того, чтобы предотвратить неконтролируемый воздухообмен и не растратить дорогостоящую тепловую энергию. Весьма значимо также обеспечить высокую теплоизоляцию всех элементов ограждающих конструкций, особенно угловых швов, стыковых и переходных соединений, а также пересечений. Более высокий уровень теплоизоляции способствует сокращению энергозатрат пассивного дома и поддержанию повышенной температуры внутренних поверхностей в помещении зимой и пониженной температуры летом.
Для достижения этой цели необходимо учитывать следующие аспекты:
• создание герметичной оградительной оболочки
• обеспечение безупречных стыковых и переходных соединений
• отсутствие тепловых мостов.
Инженерные системы.
Обеспечение помещений качественным воздухом, независимо от погодных условий, является важнейшей концепцией для достижения теплового комфорта. В пассивном доме, максимально теплоизолированном, потери тепла через стены, крышу и окна существенно сокращены. Таким образом, дополнительное энергосбережение возможно путем уменьшения потерь энергии в результате вентиляции. Для сокращения затрат энергии рекомендуется использовать оборудование с рекуперативной функцией. При этом оптимальное энергосбережение достигается при помощи двух эффектов. С одной стороны, регулируемая система вентиляции, известная как «комфортная», обеспечивает постоянный приток и отток оптимального количества свежего воздуха, предотвращая появление неприятных холодных потоков, характерных для традиционной проветривания. С другой стороны, свежий воздух нагревается в теплообменнике за счет тепловой энергии уходящего отработанного воздуха, что позволяет сохранить накопленное тепло и вернуть его обратно в помещение.
Для обеспечения горячей воды в течение всего года часто используются солнечные коллекторы, которые эффективно используют энергию солнца. Они также могут быть использованы для частичного обогрева помещений. Установка коллекторов с южной стороны фасада может обеспечить максимальное получение энергии.
Окна в пассивном доме выполняют функцию солнечных аккумуляторов: они собирают солнечную энергию, которая дальше обогревает пространства за окнами. Современные окна с высоким уровнем теплозащиты и тройным остеклением обеспечивают значительную экономию солнечного тепла. Оконная продукция постоянно усовершенствуется: пространство между стеклами заполняется специальными газами, оконные рамы изготавливаются из теплоизолирующих материалов, а специальное покрытие на стеклах позволяет оптимально сохранять солнечное тепло.
Заключение
Таким образом, технология "пассивного дома" обладает следующими преимуществами: экономичность, энергобезопасность, энергонезависимость и экологичность.
В целом, проектирование пассивного дома в южных регионах Казахстана требует учета особенностей климата и использования современных технологий и материалов. Правильное сочетание этих факторов позволяет создать комфортные и энергоэффективные жилые помещения, способствующие сохранению природных ресурсов и экологической устойчивости региона.
Однако следует отметить, что стоимость строительства энергоэффективных домов в Казахстане завышена из-за недостаточного освоения специалистами новых энергоэффективных методик. Поэтому основной задачей отечественных строителей является адаптация европейских наработок и практик к местным условиям, а также разработка собственных технологических решений.
Список литературы /References
1. Основные положения по проектированию пассивных домов. Вольфганг Фауст. под. ред. Елохова А.Е. -М.: Издательство АСВ. - 144 с.
2. Общие принципы проектирования и строительства пассивного дома. Елохов А.Е. СПб.: СтройПрофиль, 2010.
3. ЭКОЛОГИЧЕСКИЕ ПРОБЛЕМЫ ЮЖНОГО КАЗАХСТАНА И ИХ ВЛИЯНИЕ НА СТРОИТЕЛЬСТВО ЭКОНОМИЧЕСКОГО ПОЯСА ВДОЛЬ НОВОГО ШЕЛКОВОГО ПУТИ. Салимбаева Р.А. Международный журнал прикладных и фундаментальных исследований. 2015. № 12-6. С. 1105-1108.
4. ПРОЕКТИРОВАНИЕ ЗДАНИЯ, ОТВЕЧАЮЩЕГО СТАНДАРТАМ ПАССИВНОГО ДОМА. Хромова А.О., Шарифуллина А.Р., Клюев К.А.
