Пассивный дом по-русски: конструктив и инженерные решения

Для большинства отечественных домовладельцев, построить т.н. пассивный коттедж — что-то из области фантастики. Дорого. Сложно. Неизвестно, окупится ли когда-нибудь. Рассмотрим такой дом изнутри и сделаем вывод — стоит ли его возводить в России.

• Ключевые стандарты пассивного дома
• Конструктив дома со сверхнизким энергопотреблением
• Инженерные решения энергоэкономичного дома
• Стоимость 1 кв. м и расходы на эксплуатацию
• Выгодно ли строить пассивный дом в России

Что такое пассивный дом

Когда речь заходит о термине пассивный дом, то возникает путаница. Одни считают, что это — дом с экстраутеплением. Другие, что это — коттедж, в котором, благодаря минимизации теплопотерь, ориентированию по сторонам света и минимальному энергопотреблению, отпадает необходимость в классической системе отопления. Третьи, что это — частный дом полностью независящий от внешних энергосетей, который производит энергии больше, чем потребляет сам. Для этого ставятся: ветрогенератор, солнечные батареи, гелиоколлектор.

Чтобы внести ясность, скажем, что термин Passivhaus пришел к нам из Германии, где в 1996 году, был основан Институт Пассивного дома. Тогда и появился добровольный строительный стандарт, на который следует ориентироваться при проектировании и возведении комфортных зданий со сверхнизким энергопотреблением. По этому стандарту:

• Если в доме удельный расход тепловой энергии на отопление не превышает 15 кВт⋅ч/(м 2 в год), то он считается пассивным, при условии, что в здании поддерживается комфортная температура. По стандарту это +20 градусов.
• Если расход тепловой мощности не более 60 кВт⋅ч/(м 2 в год), то это — дом с низким потреблением энергии.

Для сравнения, в обычных частных домах, а это большая часть строений в РФ, удельный расход тепловой энергии на отопление составляет 200 — 300 кВт⋅ч/(м 2 в год). Проще говоря — хозяева топят улицу. Добавим, что стандарт пассивного домостроения включает в себя дополнительные критерии. Например, на бытовые нужды — ГВС, отопление и электроэнергию, общее потребление первичной энергии не должно превышать 120 кВт⋅ч/(м 2 в год).

• Удельная тепловая нагрузка для источника нагрева.
• Коэффициент теплопередачи окон.
• Степень герметичности наружной оболочки здания.
• КПД вентиляционной установки с рекуператором тепла.

Но, в рамках данной статьи, нас интересует только удельный расход тепловой энергии на отопление 15 кВт⋅ч/(м 2 год). Удастся ли его достичь при строительстве пассивного дома в России? Ведь стандарт пассивного дома разрабатывался для Германии — страны с менее суровым климатом, чем в РФ.

Стандарты Passivhaus интересны, но совершенно не учитывают климатические особенности. Например, коттедж получивший сертификат соответствия как пассивный дом, построенный без изменений в Подмосковье, будет потреблять уже не 15 кВт⋅ч/(м 2 год), а все 25 кВт⋅ч/(м 2 год). Кроме этого, расчёт в программе PHPP (Пакет проектирования пассивного дома) ведётся при температуре внутри помещения +20 градусов Цельсия. Если в сертифицированном пассивном доме, в Германии, поддерживать внутри дома не +20 °C, а +24 °C, то расходы на отопления сразу вырастут до 25 кВт⋅ч/(м 2 год). А если этот дом снова, виртуально перенести в Москву, то расходы составят 45 кВт⋅ч/(м 2 год). Т.е. увеличатся в 3 раза, хотя дом и сертифицирован в Германии как пассивный.

Чтобы добиться расхода тепловой энергии в 15 кВт⋅ч/(м 2 год), что соответствует 5.5 Вт/кв. м при температуре на улице -28 градусов нужно, чтобы теплопотери двухэтажного дома, например, 10х10 метров и высотой в 6 м (без окон и без дверей) составляли 1.4 кВт. Это означает, что тепловое сопротивление (R) стен, потолка и пола = 15 м 2 · о С/Вт! Это примерно 450 мм экструзионного пенополистирола или 600 мм каменной ваты. Для сравнения, по СНиП, рекомендуемое значение сопротивления теплопередаче внешней стены для коттеджа в МО 3.16 м 2 · о С/Вт.

Тем интереснее дом со сверхнизким энергопотреблением, который возвели в Чеховском районе Подмосковья.

Конструктив пассивного дома по-русски

Дом на фото ниже заказали для пенсионеров их дети.

План первого этажа комплекса.

План второго этажа комплекса.

Коттедж должен быть комфортным, удобным для проживания и экономичным, так, чтобы плату за отопление потянули пожилые люди.

Дом начали строить в мае 2013 года. Основные пожелания заказчиков: минимальные затраты на содержание дома, в том числе на отопление в зимний период, охлаждение дома в летний период; экологичность жилья, создание микроклимата близкого к идеальному и минимизация затрат на капитальные расходы. Ещё необходимы: гараж для автомобиля, место для мастерской и небольшого банного комплекса и помещение для ведения приусадебного хозяйства. Решением стал разумный вариант жилого дома, сочетающего в себе энергоэффективность, экологичность и стандарты пассивного дома.

Далее мы расскажем, как этого удалось добиться. Вводная часть:

• Общая площадь комплекса, объединившего сразу несколько помещений – 350 кв. м.
• Отапливаемая площадь – 240 кв. м.
• Площадь жилой части коттеджа – 210 кв. м.

Дом построен по каркасной технологии. Из-за уклона на участке, перепада высот, суглинистого грунта, верховодки, большого пятна застройки (протяженность жилой части 14 м, а хозблока 20 м) в качестве фундамента выбрали нестандартную конструкцию.

Под хозяйственным блоком залиты полы по грунту.

Цоколь зашит плитами ЦСП, которые не доходят до грунта. Зазор перекрывается отмосткой.

Конструктив дома с низким энергопотреблением:

1. Перекрытие первого и второго этажа — деревянные фермы заводского изготовления. На фермы уложены фанера толщиной 21 мм и залита бетонная стяжка толщиной 60 мм под теплый водяной пол.

1. Дом утеплен эковатой. Толщина слоя теплоизоляции:

• Первый этаж – 520 мм.
• Второй этаж – 600 мм.

1. Пирог стены изнутри-наружу:

• гипсокартон толщиной 12 мм;
• ОСБ толщиной 9 мм;
• пароизоляционная мембрана;
• стойка шириной 150 мм (промежуток каркаса заполняется эковатой);
• ОСБ толщиной 9 мм;
• пароограничивающая мембрана;
• объёмный каркас, заполненный эковатой;
• влаго-ветрозащитная мембрана;
• ОСБ толщиной 9 мм;
• вентилируемый воздушный зазор.
• фасадная отделка.

Инженерка энергоэкономичного дома

Отметим, что дом сориентирован по сторонам света. Окна смотрят на юг. Стеклопакеты заполнены аргоном. Сопротивление теплопередаче остекления с отражающей пленкой – 1.36 м 2 · о С/Вт.

На веранде стоит дровяная печь-камин с водяной «рубашкой».

Также в доме установлена приточно-вытяжная вентиляция с рекуперацией тепла. На участке, на глубине в три метра, зарыт грунтовый теплообменник протяженностью двести метров для подогрева приточного наружного воздуха до рекуператора и для охлаждения воздуха летом.

Для отопления дома используется несколько видов теплогенераторов. Пока в поселке нет магистрального газа, дом отапливается котлом, работающим на сжиженной смеси пропана-бутана.

Основной источник для отопления дома — электричество. В техническом помещении установлен теплоаккумулятор на 250 литров. Вода нагревается двумя ТЭНами, совокупной мощностью 8.5 кВт.

Принципиальная инженерная схема дома.

Приоритет отдан трём видам источников энергии: сжиженный газ, электричество и дрова. При необходимости, хозяин дома может отапливать дом любым из перечисленных видов энергии.

Расходы на эксплуатацию дома со сверхнизким потреблением энергии и цена вопроса энергоэффективности

Приведем следующие цифры:

Наблюдение показало, что, когда дом еще отделывался изнутри, (велись «мокрые работы» и не все системы были отлажены и запущены) при отоплении сжиженным газом, с 23.11.2013 по 29.03.2014, ушло 28 баллонов. Весь март топились печкой. Делали по две — три закладки дров по 4 кг. Этого хватало чтобы держать температуру в доме +20 — +21 о С. Еще и солнце прогревало помещения. По словам застройщика, планируется, за весь год, выйти на цифру – 13 кВт⋅ч/(м 2 год).

С 06.04.2014 в доме постоянно проживают два человека. На ГВС + отопление, расход составляет два баллона газа в две недели + печка.

После года эксплуатации дома были получены реальные показатели расхода энергии на отопление. ТЭНы включаются только для работы при ночном тарифе. При отапливаемой площади 240 кв. м, и поддержании температуры в доме + 24 градуса, удельный расход тепловой энергии на отопление в 2014 году составил около 21 кВт⋅ч/(м 2 год). В суровую зиму расход 26 кВт⋅ч/(м 2 год). Если температуру в доме уменьшить до + 20 градусов, то расход тепловой мощности на отопление уменьшится и приблизится к стандарту пассивного здания.

Стоимость дома, приближенного к стандартам пассивного:

• Затраты на рекуператор + калориферы + трубы + грунтовый теплообменник около 250 тыс. руб.
• Один квадратный метр дома с низким энергопотреблением, общей площадью 350 кв. м, вместе с инженеркой, обошелся в 850 долларов.

Подведение итогов

Дорого обошелся дом его владельцам или нет, пусть каждый решит для себя сам. Конечно, многие могут возразить, что овчинка не стоит выделки и энергоэффективность — недешевое удовольствие и нам не по карману. Если на участке есть магистральный газ, то, пока, конечно, этот энергоноситель вне конкуренции. И, в случае чего, так можно отопить большой коттедж и не разориться. Но последние тенденции говорят о том, что, у нас, цены на энергоносители — газ, электроэнергию, дизельное топливо и др. будут постепенно повышаться.

За границей популярность энергоэффективных решений обусловлена высокими ценами на топливо и более доступной «для них» стоимостью необходимого инженерного оборудования. Европейцы, строя дом, вынуждены экономить и думать, как сократить затраты на отопление. Кроме этого, государство, «там», всячески стимулирует внедрение энергоэффективных технологий среди частных домовладельцев.

В наших климатических условиях, не рассматриваем южные регионы, затраты на строительство дома по немецким стандартам Passivhaus, могут оказаться экономически невыгодны. Вложения в такой дом не окупятся при жизни его владельцев.

Поэтому, на первое место, ставьте трезвый расчет. Взвесьте все «за» и «против». Считайте на перспективу. Сделайте смету. Прикиньте выгоду от экономии энергоносителей в будущем к сумме вложений в утеплители и инженерное оборудование, которая требуется сразу.

Современный дом, безусловно, должен быть хорошо утепленным и энергосбалансированным. Нет смысла вкладываться в экстраутепление стен и кровли если нет вентиляции с рекуперацией тепла, многокамерных окон и т.д. Поэтому, вооружившись знаниями и посильными для вас современными технологиями, стройте в первую очередь для себя и своей семьи энергосберегающие дома, удобные для жизни здесь и сейчас.

Проект пассивного дома

Почему проект пассивного дома может быть создан только в привязке к местности.

Начнем с общих частых заблуждений, которые рождаются и множатся благодаря всемирной паутине распространяющей информацию не в виде первоисточника, а дополненную различного рода умозаключениями и/или переформулированную блогером, журналистом или пр. некомпетентным в вопросе персонажем (причем с точки зрения этого самого персонажа — он ничего не наврал). Часть заблуждений порождают нерадивые компании, лихо предлагающие готовые проекты пассивных домов. Часть рождают некомпетентными (но считающимися в энергосберегающем строительстве гуру) «специалисты» в области энергосбережения. Приведем некоторые из заблуждений в таком порядке, чтобы заодно пролить свет на «суть вещей». Итак, заблуждения, связанные с проектированием пассивного дома, с комментариями курсивом:

1. Можно взять проект пассивного дома и построить его там, где захочется (например, у себя на участке).

Как говориться «можно все», только получиться не пассивный дом, а некий (возможно даже весьма энергосберегающий ) дом, ничего общего с пассивным не имеющий.

1. Для строительства пассивного дома надо приобрести немецкий (читай готовый и правильный) проект и всего лишь сориентировать его правильно по сторонам света у себя на участке.

В этом случае, очевидно, что не будет выполнено условие: «15кВтч/м2 в год на отопление», так как наш климат существенно более суровый, чем немецкий, а значит, либо Вы в нем замерзнете, либо проект подвернется доработки (о целесообразности этого читай те ниже).

1. Что бы построить пассивный дом надо взять проект какого-нибудь энергосберегающего дома и увеличить толщину теплоизоляции и поставить более энергосберегающие окна.

Это массовое заблуждение в сознании различного рода «специалистов», которое не может привести к положительному результату, причем однозначно. Пассивное домостроение требует изначально других технологий в строительстве (читай: «технологически другой проект»), иначе никакое наращивание теплоизоляции не приведет к нужным результатам.

1. Необходимо купить скандинавский проект (климатически сопоставимый) пассивного дома и так же по сторонам света расположить его у себя на участке.

Это так же заблуждение, во-первых: для пассивного дома одинаково важно как не величина и продолжительность критичных морозных дней, так и суммарная продолжительность отопительного периода (так называемые градусо-сутки), причем с очень высокой точностью, во- вторых: так же важно величина и продолжительность солнечной инсоляции в зимний и летний период, что бы получать дополнительную тепловую энергию зимой и минимизировать ее летом.

1. Надо покупать проект пассивного дома , созданный для той же географической широты и с аналогичной продолжительностью отопительного периода.

Такой подход так же не может дать нужный результат, поскольку в одной и той же географической широте количество солнечной инсоляции может кардинально различаться (пример, алтайский край отличающийся сверх высокой инсоляцией даже в зимний период), точно так же продолжительность отопительного периода не отражает абсолютное количество теплопотерь (климат может быть континентальным или даже резко континентальным). Хотелось бы так же отметить, что существующая разница климата в пределах московской области наложит свой отпечаток на характеристики пассивного дома в разных ее частях.

Итак, подведем итоги относительно проектирования пассивных домов. Пассивный дом очень высокотехнологичное сооружение, которое удерживает тонкое равновесие между теплопотерями и теплопоступлениями от солнечной инсоляции. Соответственно, при проектировании необходимо одновременно (ни в отдельности каждому, а именно в сочетании) учитывать оба этих фактора. У каждой географической точки — это свой уникальный баланс. Причем, чаще всего резко континентальный климат, т.е. сильные морозы компенсируются высокой солнечной инсоляцией, что как раз и должен учитывать проект дома. Более того, проект составляется с учетом усредненных данных, которые собраны службами мониторинга за многие десятилетия. В то же время, каждый взятый в отдельности год может существенно отличаться от усредненных данных, как по солнечной инсоляции, так и по градусо-суткам. Но, суммарный баланс — получаемая пассивным домом энергия от солнца и теплопотери, имеет значительно меньшие отклонения от усредненных данных. Даже изменение толщины стен (за счет увеличения толщины утеплителя) может перевести пассивный проект дома в не пассивный (появится большая затененость за счет увеличенных проемов).

Так же хотелось бы отметить, что зачастую проект дома отражает уже существующую на местности обстановку по затаенности, а именно проект создан с учетом существующего дерева (деревьев) и/или др. зданий и сооружений. Поэтому даже если представить, что Вам достался соседский проект, созданный с учетом имеющегося затенения, вряд ли он Вам окажется полезным. Солнечная инсоляция в пассивном доме оказывает существенное влияние на обеспечение энергобаланса, и поэтому может кардинально изменить характеристики здания, а именно: либо в построенном доме не будет должного комфорта, либо он выйдет за границы теплопотребления в 15кВтч/м2 в год.

Заблуждения связанные с энергобалансом пассивного дома (некоторые специалисты добавляют к слову пассивный приставку «энерго», получившиеся словосочетание энергопассивный дом, возможно претендуя на некий новый стандарт, а возможно им просто не нравиться прилагательное «пассивный», но мы будет все же придерживаться оригинального немецкого словосочетания «пассивный дом»):

1. 15кВтч/м2 в год — это характеристика для Германии, в нашем климате она должна быть пересчитана.

Это суждение абсолютно ошибочно. 15кВтч/м2 в год — эта базовая (об этом чуть ниже) характеристика, которая должна выполняться для любого региона, если дом ей не соответствует, то он не пассивный.

1. 15 кВтч/м2 в год — это характеристика придуманная немцами, так как у них дорогие энергоносители и вообще не хватает энергоресурсов.

Нет, это характеристика отражает наилучший баланс между теплопотерями и тепло поступления, которые производит сам дом — вся техника и его обитатели (каждый человек производит около 2кВтч в день), который позволяет отказаться от полноценной системы отопления и кондиционирования, возложив оставшийся дисбаланс на систему вентиляции. Такое решение позволяет компенсировать существенную часть средств вложенных в повышенную термическую оболочку.

1. В нашем климате в пассивном доме не обойтись без системы отопления.

Это неверное утверждение, если Вы достигли 15кВтчм2 в год, то Ваш дом легко обойдется без полноценной системы отопления. Это не означает, что Вам совершенно не прийдется отапливать дом, просто речь идет о столь малом количестве тепла, что ее можно безболезненно вливать с помощью вентиляционной установки. Надо сказать, что это очень распространенное заблуждение от «специалистов», и выдвигают они его исходя из представления: «вот взяли мы Ваш пассивный дом и перенесли из Германия в наши морозы и что?». Главная ошибка рассуждений кроется в непонимании того, что — пассивный дом является не сам по себе, а в том месте где стоит. В другом месте (где климат другой) он не будет пассивным, так как не будет удовлетворять требованию 15кВтч/м2 в год.

1. Что бы выйти на характеристику в 15кВтч/м2 в год, надо взять заданные (высокие) термические сопротивления ограждающих конструкций (стены, окна).

Абсолютно неверное по сути умозаключение. Термическое сопротивление ограждающих конструкций является вторичной — расчетной величиной. Суть проектирования и заключается в том, что бы с наименьшими затратами выйти на характеристику в 15кВтч/м2 в год, а значит необходимо стремиться к снижению термического сопротивления ограждающих конструкций, за счет продуманных решений.

1. Самое слабое место в пассивном доме — окна, поэтому необходимо выбирать самое высокое значение термического сопротивления для окон.

Это отчасти верное утверждение. Причем в меньшей части, поскольку верно оно только для меньшей части остекления — того,что не расположенно на южной стороне. Для южной стороны необходимо искать баланс, обеспечивающий необходимое количество теплопоступлений через окна, и чаще всего этот баланс обеспечивают окна не с наибольшим термическим сопротивлением.

1. В пассивном доме обязательно должны стоять солнечные коллекторы и/или солнечные батареи и/или тепловой насос.

Абсолютно неверное рассуждения, такие ограничения стандарт пассивного дома не накладывает. Есть другие ограничения — максимальное количество первичной энергии 120кВтч/м2 в год на все нужды.Это крайне малая величина, если Вы подключены к ТЭЦ, так как реальной электроэнергии, которую Вы расходуете будет примерно в 3 раза меньше, около 40кВтч/м2 в год. Не только этот фактор подталкивает немцев на установку солнечных коллекторов, но и действительная экономия, ведь Ваше энергопотребление на ГВС в пассивном доме в 2-3 раза (а с нашими нормативами и реальными потребностями в 3-4 раза) больше,, чем на отопление, т.е. около 40кВт/ч на 1м2 — а это все чем Вы располагаете(а у Вас еще отопление, не говоря о всех остальных электроприборах). Солнечные коллекторы и/или тепловой насос позволяют существенно (в 5 и более раз) снизить прямые электрозатраты. Однако, если дом подключен к сети, источниками которой являются ветрогенераторы, солнечные панели или ГЭС, то в Вашем распоряжении более 100кВтч/м2, а этого Вам с лихвой хватит на все Ваши потребности в пассивном доме, и в генерации какой-либо энергии нет необходимости (опять же если Вы сами не решите, что солнечные коллекторы лет эдак через 5 себя окупят и начнут экономить Ваши средства). Не стоит так же забывать, что экономическая политика Германии располагает к обустройству солнечных коллекторов, солнечных батарей и тепловых насосов, так как государство частично субсидирует их приобретение.

1. Строительство пассивных домов в России экономически нецелесообразно, иначе бы их все строили.

Очевидно неверное утверждение. Строительство пассивных домов экономически целесообразно везде. И строить их рано или поздно начнут массово. Неразвитость этого рынка у нас обусловленно нехваткой специалистов в данной области. В настоящее время появился устойчивый спрос на энергоэффективное жилье, который сначала перейдет в качество, а потом в количество.

Подведем итог.

Учитывая тот факт, что на момент написания этого текста в России не существует ни одного сертифицированного пассивного дома, вряд ли придется рассчитывать на «бесплатный типовой проект» в ближайшем будущем. И желающим заполучить безупречный комфорт пассивного дома придется все же его заказывать.