House of the future - german construction technology d. A. Kazakov, d. A. Sukhacheva

Dmitry Kazakov Alexandrovich, Voronezh State Technical University, Candidate of Technical Sciences, Associate Professor of the Department of Technology, Organization of Construction, Expertise and Real Estate Management, е-mail: u00138@vgasu.vrn.ru Sukhocheva Daria Alexandrovna, Voronezh State Technical University, student gr. bPGS-172, e-mail: d.suhocheva@yandex.ru

Annotation: this article explores the German technology for the construction of passive houses, possible options for heating the premises, phased construction, design features of materials required for the construction of a house, ventilation features, efficient use of electricity, development of costs and market penetration, the use of economical lighting due to the operation of highly efficient electrical appliances. Passive house is an international construction standard that is truly energy efficient, comfortable, affordable and environmentally friendly at the same time. Such houses can be «passively» warmed, solely by using existing internal heat sources and solar energy coming through the windows, as well as by minimizing heating of the incoming fresh air. Energy optimization of buildings should not be limited to thermal energy only; virtually all energy consumption in households should be kept to a minimum.

Key words: passive houses; German construction technology; phased construction.

Первый пассивный дом был построен в Германии почти 25 лет назад. Сегодня в этом здании по-прежнему потребление тепловой энергии примерно на 90% ниже, чем в традиционных немецких домах.

С тех пор в Германии и во всем мире были построены десятки тысяч пассивных домов. И все большее число муниципалитетов взяли на себя обязательства по стандарту пассивного дома в рамках своих общих стратегий устойчивого развития [1].

«Пассивные дома» могут согреваться исключительно за счет использования существующих внутренних источников тепла и солнечной энергии, поступающей через окна.

Большая экономия энергии в пассивных домах выполняется за счет использования энергоэффективных конструкторских особенностей (см. таблицу) и качественной системы вентиляции: уровень комфорта значительно увеличивается.

Конструктивные особенности пассивного дома

Строительный компонент	Описание	U-значение W/(m2K)
Крыша	Травяная крыша: гумус, нетканый фильтр, корневая защитная мембрана, 50 мм ДСП без формальдегида; Деревянная облегченная балка (двутавр из дерева, шпилька из ДВП), встречная токарная обработка, герметизация полиэтиленовой пленкой, скрепленной без стыковки, гипсокартон 12,5 мм, древесно-стружечные обои, эмульсионное лакокрасочное покрытие, вся полость заполнена выдувным минераловатным утеплителем.	0.1
Наружная стена	Тканевая армированная минеральная штукатурка; 275 мм теплоизоляции из пенополистирола (ЭПС); Кладка из песчано-известкового кирпича толщиной 175 мм; Непрерывная внутренняя гипсовая штукатурка толщиной 15 мм; обои, покрытие эмульсионной краской.	0.14
Подвал, потолок	Поверхностная отделка на стеклоткани; 250 мм пенополистирольные изоляционные плиты; 160 мм бетона; 40мм полистирольная звукоизоляция; Отделка цементного пола 50 мм; 8-15мм паркета, клей; герметизация без растворителя.	0.13
Окна	Трехкамерное остекление.	0.7
Вентиляция	Противоточный герметизированный и теплоизолированный теплообменник, расположенный в подвале.	0.8

Практически постоянно в Германии дома возводились по фахверковой технологии. Конструкция выглядит как каркас из горизонтальных столбов, вертикальных балок и наклонных раскосов. Промежуток между брусьями всегда заполнялось смесью глины, извести, соломы и камыша. Деревянные наружные конструкции оставались открытыми.

Натуральные материалы нужно регулярно обрабатывать антисептиками и антипиренами, чтобы продлить срок службы материала. При использовании полимеров такой необходимости нет. Цоколь облицовывают природным камнем или декоративным кирпичом. У дома имеется просторная терраса или веранда. Входную зону принято украшать цветами в подвесных горшках [2].

Поэтапное строительство пассивного дома заключается в следующем: Создание проекта (разработка проектной документации); изготовление деревянного каркаса и сборка (большая часть составляющих выполняется на производстве. В полы изначально встроены инженерные коммуникации, необходимо только доставить их на строительную площадку для дальнейшего подключения. Также стеновые конструкции имеют установленные окна. Кровля собирается из основных элементов. Каркас изготавливается индивидуально под каждый дом); обшивка стеновыми ОСП-плитами и гипсокартоном (Они производятся их из прессованных древесных опилок, смолы, антигрибковых составов. Перед чистовой отделкой внутренняя часть стен облицовывается гипсокартоном. Обязательно в процессе заполнения каркаса необходимо предусмотреть зазоры для вентиляции); отделочные работы (наружная и внутренняя отделка. Для облицовки фасадов используют любые варианты – кирпич, камень, штукатурка, вагонка).

Пассивный дом может функционировать только с управляемой системой вентиляции с рекупирацией тепла (рисунок). Среднегодовые вентиляционные тепловые потери 35 кВт * ч на квадратный метр, что в два раза превышает спрос на пассивное отопление дома. При самой низкой установке в жилую и спальную зоны каждого блока подается 100 м3/ч свежего воздуха. Это означает, что при домашнем хозяйстве на четыре человека удельное количество свежего воздуха составит 25 м3 на человека в час. Затем установка работает постоянно с такой скоростью независимо от фактического количества людей в здании. Пользователи могут вручную изменить эту настройку. Такие высокоэффективные вентиляционные системы не были доступны до пассивного дома; только в 1997 году исследовательская группа настолько продвинулась в разработке экономически эффективных пассивных домов, что несколько производителей начали выпускать серийные устройства такого качества для рынка [3].

Рис. 1. Вентиляция с рекуперацией тепла

Чтобы ограничить масштабы антропогенного изменения климата, в ближайшем будущем наше энергоснабжение должно быть полностью обеспечено за счет возобновляемых источников. Однако доступное пространство для сбора возобновляемой энергии (например, с помощью фотоэлектрических систем или ветряных турбин) ограничено или конкурирует с другими видами землепользования (например, когда сельскохозяйственные угодья используются для массового производства био). Более того, возобновляемые источники энергии не всегда доступны - ведь солнце не светит ночью, а ветер не всегда дует, - что приводит к необходимости дорогостоящего и «убыточного» хранения энергии. Поэтому переход на альтернативные источники энергии будет практически и финансово осуществим только в том случае, если одновременно резко сократится потребление энергии. В центрально европейском климате пассивным домам требуется только 10% энергии для отопления помещений по сравнению с традиционными зданиями. В то же время значительно улучшается тепловой комфорт и качество воздуха в помещении.

Здания с низким потребительским спросом потребуют лишь очень небольших инвестиций в объекты производства возобновляемой энергии для обеспечения, полностью возобновляемого предложения. В соответствии с этим рейтингом тепловая энергия является более критичной, чем энергия охлаждения, поскольку отопление требует большего сезонного накопления энергии (как правило, в фотоэлектрических системах не так много солнечного излучения в зимнее время, когда потребность в отоплении наиболее высока) [4,5]. Однако она также очень устойчива в практическом смысле. Пассивные дома - как следует из названия - основаны на пассивных мерах, таких как теплоизоляция, изолированные окна, герметичность и рекуперативная вентиляция. Эти очень простые и хорошо зарекомендовавшие себя компоненты работают без каких-либо сложных механических или электрических систем [6]. Экономия энергии может быть надежно достигнута на долгие годы вперед при минимальной необходимости технического обслуживания или ремонта.

Со времени первых прототипов пассивных домов затраты на строительство пассивных домов уменьшились в 7 раз: с 50 000 евро до 6 000-15 000 евро на единицу жилья сегодня – меньше для большого многоквартирного дома и больше для дома на одну семью. Это означает, что сегодня пассивные дома доступны по цене каждому. Благодаря огромной экономии энергии пассивный дом является «стоящим», если предполагается средняя будущая конечная цена энергии в размере 6 центов / кВтч за топочный мазут или природный газ. В настоящее время эти виды топлива часто стоят дороже; больше нет «пустого места» для экономической эффективности, и программы финансового стимулирования, которые теперь доступны, еще больше улучшают ситуацию.

Даже без этого финансирования строительство пассивных домов резко возросло за последние несколько лет. Только в Германии к концу 1999 года было построено около 300 единиц жилья; к концу 2000 года их насчитывалось 1000, а к 2006 году уже было построено от 6000 до 7000. Пассивные дома второго поколения также достигли чрезвычайно низких прогнозируемых значений энергопотребления; документацию об этом можно найти здесь: энергоэффективность стандарта пассивного дома: ожидания, подтвержденные измерениями на практике.

Накоплен также опыт работы с нежилыми зданиями: завершено строительство нескольких офисных зданий, школ и детских садов, а в мае 2000 года в Цвингенберге начал функционировать завод пассивных домов.

Важно, что жители пассивных домов ощущают себя счастливыми в своих домах. Все из-за очень шикарной теплоизоляции. Стоит отметить, что температура внутри дома повсюду приемлема, даже при низких температурах. Таким образом, предотвращаются сквозняки и различные температуры излучения. Отзывы крайне позитивные: «нам здесь всегда тепло», «если мы захотим строить, то это обязательно будет пассивный дом», «нам почти не приходилось пользоваться отоплением» достаточны, чтобы показать общую тенденцию.

В случае пассивного дома более высокая эффективность приводит к еще большему комфорту. «Экономия энергии» потеряла свое клеймо бытия только для аскетов. Можно достичь целей охраны окружающей среды, увеличивая благосостояние, а, не отказываясь от комфорта. В наши дни это единственная возможность для осуществления улучшений на практике. Это относится и к другим областям использования энергии, например, к транспорту. Повышение эффективности без ущерба для комфорта путешествия: в проекте «Лоремо» разрабатывается товарное решение с использованием этого подхода.

Прогресс основан не только на количестве. Из-за постоянно растущего количества компонентов, подходящих для пассивного дома, доступных на рынке, качество становится лучше, в то время как цены падают. Разнообразие реализованных зданий также увеличивается: теперь стало ясно, что пассивный дом-это строительный стандарт, а не специальный метод строительства. Пассивные дома были построены как отдельно стоящие односемейные дома, как террасные дома и как многоэтажные дома.